Ученые сделали важный шаг в борьбе с фитофторозом картофеля — болезнью растений, которая когда-то вызвала исторический голод в Ирландии и теперь угрожает распространиться по всему миру из-за изменения климата.
В новом исследовании сообщается о синтезе пептида, который специфически атакует возбудителя фитофтороза Phytophthora infestans (P. infestans), защищая урожай картофеля и томатов без вреда для других растений. Работа была проведена исследователями из Королевского технологического института KTH (KTH Royal Institute of Technology) в Стокгольме в сотрудничестве с партнерами из Италии, Индии и Австралии.
Фитофтороз, вызываемый P. infestans, остается одним из самых разрушительных заболеваний картофеля и томатов спустя почти 200 лет после того, как он подготовил почву для того, что впоследствии стало известно как «Ирландский картофельный голод» — кризис, в результате которого Ирландия потеряла четверть своего населения из-за голода и эмиграции.
Фитофтороз продолжает ежегодно обходиться фермерам в миллиарды долларов. Хотя современное сельское хозяйство предотвратило голод масштабов ирландской катастрофы XIX века, изменение климата приводит к увеличению влажности и изменению характера осадков, что способствует быстрому распространению болезни.
«В регионах, где раньше фитофтороз наблюдался лишь спорадически — от прохладных высокогорных районов до умеренных окраин — теперь периоды заражения становятся более продолжительными и интенсивными по мере того, как времена года становятся теплее и влажнее», — говорит Вайбхав Шривастава, исследователь в области гликобиологии из KTH. В то же время, более разнообразные и агрессивные популяции P. infestans осваивают эти новые ниши, бросая вызов фунгицидам и стратегиям устойчивости, разработанным для климата прошлого.
По словам Шриваставы, новое решение основано на специфических особенностях патогена. Этот патоген часто называют «водной плесенью», но он относится к оомицетам, группе, более тесно связанной с водорослями, такими как ламинария, чем с грибами.
Клеточные стенки оомицетов в основном состоят из целлюлозы и родственных сложных сахаров, с небольшим количеством хитина или вовсе без него. Из-за этого многие исследователи сомневались, достаточно ли важен фермент, синтезирующий хитин, чтобы на него воздействовать. Исследователи разрешили эту неопределенность, показав, что фермент PiChs действительно производит специфические фрагменты хитина, и что его блокирование заметно замедляет рост патогена и его способность заражать растения.
«Пептид CS5 разработан таким образом, чтобы соответствовать этому уникальному ферменту и связываться с ним», — говорит он.
В лабораторных условиях CS5 блокировал активность фермента и замедлял или останавливал рост патогена. Он также предотвращал заражение обработанных образцов картофеля. Шривастава говорит, что пептид не представляет угрозы ни для чего, кроме P. infestans, поскольку конкретный фермент хитинсинтазы, с которым он связывается, отсутствует у человека или каких-либо растений.
«Мы показали, что этот патоген зависит от определенного внутреннего процесса для своего роста, и что специально разработанный пептид может его отключить. Это дает нам совершенно новый способ борьбы с фитофторозом. Он также работает в сочетании с существующими методами и может помочь фермерам замедлить рост устойчивости, меньше полагаясь на опрыскивания фунгицидами», — говорит он.
Шривастава утверждает, что CS5 и родственные соединения могут стать основой для экологически чистых средств защиты растений, как по отдельности, так и в сочетании с другими целенаправленными обработками. Такие подходы могут помочь фермерам защитить урожай, одновременно сократив использование фунгицидов широкого спектра действия и их более широкое воздействие на окружающую среду. Исследование также закладывает основу для разработки аналогичных пептидных средств борьбы с другими экономически опасными патогенами из группы оомицетов.
Данное исследование стало результатом международного сотрудничества между Королевским технологическим институтом KTH (Швеция) Миланским университетом (Италия), Университетом Флиндерса (Австралия) и Институтом информационных технологий Индрапрастха (Индия).
Источник: KTH Royal Institute of Technology.
На фото: сравнение двух клубней картофеля, инокулированных Phytophthora infestans. Через семь дней после инокуляции на необработанной картофелине (слева) проявляются характерные симптомы фитофтороза, тогда как на картофеле, обработанном пептидом CS5 (справа), симптомы отсутствуют. Источник: KTH.