Ученые обнаружили на посевах сои опасный грибной патоген, вызывающий пурпурный церкоспороз, который ранее поражал исключительно гречиху. Их исследование доказывает, что видовое разнообразие возбудителей пурпурной пятнистости семян недооценивалось, а существующие коммерческие сорта сои могут оказаться беззащитными перед новой угрозой.
До недавнего времени в сельскохозяйственной науке существовал консенсус относительно природы пурпурного церкоспороза сои. Главным виновником этой опасной болезни, обострившейся во всем мире на фоне климатических аномалий, считался микроскопический гриб Cercospora kikuchii, а также несколько его близких родственников. Последние годы ученые фиксировали участие видов C. flagellaris и C. sigesbeckiae.
Болезнь традиционно проявляется в виде темных некрозов на листьях и яркого фиолетового окрашивания оболочки бобов, что не только портит товарный вид зерна, но и резко снижает его всхожесть и качество масла. Однако масштабный мониторинг плантаций в Южной Корее заставил ученых пересмотреть привычные представления о патосистеме этой важной масличной культуры.
Исследовательская группа, объединившая ведущих генетиков и фитопатологов из Сеульского национального университета и Национального института растениеводства Республики Корея, зафиксировала сильные вспышки пурпурного церкоспороза в крупных аграрных регионах Андон и Ёнчхон. Внешние проявления болезни полностью соответствовали классическому церкоспорозу, но попытки изолировать привычные штаммы патогена завели ученых в тупик. Визуальный анализ структуры грибных спор под микроскопом не давал чёткого ответа, поскольку многие представители обширного рода Cercospora выглядят двойниками.
Тогда ученые провели высокоточное секвенирование ДНК выделенных изолятов и амплификацию ключевых маркерных генов (включая фактор удлинения трансляции tef1 и гистон HIS3).
Результаты компьютерного сравнения ДНК-кодов показали абсолютное совпадение обнаруженного гриба с референсными штаммами вида Cercospora fagopyri. Патоген исторически и биологически ассоциировался исключительно с посевами гречихи, что отражено и в его видовом латинском названии. Фактически исследователи задокументировали эволюционный прыжок: мутируя, микроорганизм сумел преодолеть строгий межвидовой барьер и успешно колонизировал совершенно другое ботаническое семейство.
Чтобы исключить вероятность случайного загрязнения образцов и подтвердить виновность нового штамма, корейские исследователи провели классический лабораторный эксперимент по триаде Коха. Здоровые, чистые бобы сои популярного коммерческого сорта были искусственно заражены чистой культурой выделенного гриба в условиях карантина. Образцы поместили в инкубаторы с контролируемой влажностью и оптимальной температурой. Спустя несколько недель на всех подопытных бобах развились интенсивные, ярко-пурпурные пятна, а последующий повторный анализ тканей подтвердил присутствие именно данного патогена.
Мировое значение открытия трудно переоценить. Дело в том, что глобальные селекционные программы по выведению устойчивых сортов сои десятилетиями настраивались на борьбу с конкретным врагом в лице Cercospora kikuchii. Обнаружение нового игрока означает, что накопленный генетический иммунитет современных сортов может оказаться бесполезным перед лицом новой биологической угрозы.
Также способность гриба паразитировать как на гречихе, так и на сое, означает необходимость более пристального внимания к такому сорняку, как татарская гречиха (Fagopyrum tataricum), который может засорять посевы сои.
Сейчас исследователи разрабатывают новые ПЦР-праймеры для экспресс-диагностики, чтобы включить гриб в списки обязательного скрининга семенного материала.
Статья корейских исследователей «First Report of Cercospora fagopyri Causing Purple Seed Stain of Soybean in the Republic of Korea» была опубликована в системе журнала Plant Disease (издание Американского фитопатологического общества — APS).
Добавим, что изменение прозрачности атмосферы и увеличение интенсивности солнечной радиации напрямую влияют на грибы рода Cercospora. Их ключевой инструмент нападения — токсин церкоспорин — активируется исключительно под воздействием света. Чем жестче и интенсивнее солнечное излучение на фоне жары, тем агрессивнее ведет себя выделяемый грибом токсин. Кроме того, повышенный уровень ультрафиолета стимулирует более частые генетические мутации у микроорганизмов, помогая им быстрее адаптироваться к фунгицидам и менять хозяев — как это и произошло в случае перехода с гречихи на сою.
Кроме того, пурпурный церкоспороз активизируется, когда теплая погода сочетается с высокой влажностью или затяжными дождями в конце лета и начале осени. Из-за климатических сдвигов периоды вегетации культур все чаще сопровождаются волнами жары, сменяющимися затяжными осадками прямо перед уборкой урожая. Для гриба это отличный инкубатор: влага запускает прорастание спор, а высокая температура ускоряет выделение токсинов, разрушающих растение.
Основной визуальный признак — появление на оболочке зрелых семян сои светло-розовых, темно-пурпурных или лавандовых пятен. Окрашивание начинается от рубчика (места прикрепления семени к бобу) и может покрывать как небольшую часть зерна, так и всю его поверхность. Цвет меняется из-за того особого фотодинамического токсина — церкоспорина, который выделяет гриб. Попадая на свет, этот токсин активируется, разрушает клетки растения и окрашивает ткани в характерный фиолетовый цвет.
Заражение сои происходит еще в начале сезона, во время цветения и формирования первых бобов. Однако болезнь ведет себя скрытно: всё лето растение может выглядеть абсолютно здоровым, а яркие фиолетовые пятна на семенах проявляются только осенью, на этапе созревания урожая, особенно если стоит теплая и дождливая погода. При этом сильного увядания листьев в поле может и не происходить.