Доктор Зенна Косгей, старший научный сотрудник Кенийского института сельскохозяйственных и животноводческих исследований (KARLO), одетая в белый комбинезон, несмотря на теплое солнце, проходит мимо небольших квадратных участков с пшеницей, периодически останавливаясь, чтобы проверить наличие признаков заболевания.
Сегодня к Зенне в этой области присоединились 60 исследователей со всего мира. Последние 15 лет они путешествовали в Нджоро (Кения), чтобы изучать болезнь, которая распространяется по полю со скоростью лесного пожара: ржавчину пшеницы.
Ржавчина долгое время угрожала пшенице, приводя к неурожаям и голоду на протяжении всей истории. В более позднее время внедрение устойчивых к ржавчине сортов стало краеугольным камнем Зелёной революции середины XX века, которая обеспечила продовольственную и экономическую безопасность миллиардов людей во всём мире.
Без устойчивых к ржавчине сортов пшеницы эта болезнь быстро распространяется ветром на тысячи километров, вызывая огромные убытки, если фермеры не будут регулярно распылять дорогостоящие и фунгициды. Но эти фунгициды могут со временем становиться менее эффективными, поскольку возбудитель ржавчины становится толерантным к их воздействию.
Поэтому наилучшей защитой от ржавчины является выведение сортов пшеницы с природной устойчивостью, которые исключают необходимость в фунгицидах. Однако поддержание устойчивости этих сортов в полевых условиях — постоянная задача, поскольку патоген эволюционирует. Это своего рода гонка с грозным противником.
«Вирус продолжает мутировать, — говорит доктор Косгей, — поэтому неизвестно, чего ожидать в следующем году».
Как и другие инфекционные заболевания, ржавчина пшеницы постоянно меняются, и иногда это приводит к появлению нового штамма, способного преодолеть устойчивость, заражая ранее защищенные растения.
Например, раса стеблевой ржавчины Ug99, обнаруженная в Уганде в 1998 году, преодолела ген устойчивости Sr31 , что привело к почти полной потере урожая, и теперь распространилась на 14 стран. До этого Sr31 был одним из наиболее широко используемых генов устойчивости к стеблевой ржавчине в мире, впервые перенесенным на пшеницу в 1940-х годах, а затем выведенным в тысячи коммерческих сортов. С появлением Ug99 около 80% мировых сортов пшеницы в начале 2000-х годов внезапно стали восприимчивыми к стеблевой ржавчине.
Остановить развитие подобных заболеваний невозможно, но, выявляя их на ранней стадии, мы можем разработать стратегии контроля, которые позволят ограничить дальнейшее распространение и защитить фермеров.
Именно для этого и был создан проект Консультативной системы раннего предупреждения о заболеваниях (DEWAS). DEWAS — одна из крупнейших в мире систем мониторинга и консультирования по патогенам сельскохозяйственных культур, которая защищает урожайность пшеницы в уязвимых для продовольственного производства регионах Восточной Африки и Южной Азии.
Проект DEWAS предусматривает несколько компонентов для защиты пшеницы от масштабных вспышек ржавчины. Один из них — это специалисты по патологии ржавчины, полевые исследователи, которые путешествуют по регионам выращивания пшеницы, обследуя фермерские поля в поисках признаков заражения ржавчиной. Сбор и идентификация образцов ржавчины помогает отслеживать, как различные штаммы распространяются ветром на новые территории.
Профессор Дайан Сондерс, руководитель группы в Центре Джона Иннеса, уже давно участвует в этой программе, тесно сотрудничая с международными коллегами над интеграцией диагностической системы MARPLE в систему DEWAS для обеспечения генетического обнаружения штаммов пшеничной ржавчины практически в режиме реального времени в Восточной Африке и Южной Азии.
«Точное знание того, какой штамм пшеничной ржавчины присутствует на поле фермера, — критически важная информация, которая помогает адаптировать рекомендации в рамках системы раннего оповещения и обеспечить более эффективный контроль вспышек заболеваний», — отметила профессор Сондерс.
Размышляя о программе DEWAS, профессор Роберт Парк из Сиднейского университета сказал: «Я не знаю другой подобной системы, которая интегрировала бы наземное наблюдение, моделирование заболеваний и прогнозирование их распространения, а также генетический анализ патогена и, наконец, наземную проверку того, какие последствия эти модели предсказывают. Это впечатляет, и я ничего подобного не видел».
Помимо диагностики заболеваний, еще одной важной частью системы DEWAS являются модели прогнозирования заболеваний на основе погодных условий, которые работают с реальными данными для прогнозирования того, куда в будущем могут переместиться штаммы ржавчины.
Наконец, исследователи со всего мира могут привезти свои устойчивые сорта в такие места, как Нджоро (Кения), чтобы испытать их в смеси с самыми смертоносными штаммами ржавчины и узнать, как они справятся до появления новых спор.
«В течение последнего десятилетия мы приезжали в Нджоро, чтобы готовить следующее поколение учёных, чтобы они могли учиться друг у друга», — сказал профессор Мариселис Асеведо из Корнеллского университета. «Мы обучаем национальные программы из Африки и Азии, чтобы они могли использовать полученные знания на родине».
Эти шаги позволяют исследователям заранее оценить риски нового «вторжения», когда штамм патогена попадает в новое место. Прогнозы могут предсказать, когда и где могут возникнуть эти угрозы, что позволяет местным службам контролировать начальные инфекции до их широкого распространения. Однако предотвращение распространения ржавчины невозможно в одиночку.
«Эти болезни переносятся ветром, поэтому они не останавливаются на границах», — сказал профессор Парк. «Поэтому страна может работать очень усердно, но без сотрудничества с другими странами ценность работы снижается, а проблемы значительно возрастают. Наличие объединённой сети людей абсолютно необходимо для борьбы с транснациональными патогенами».
Проект DEWAS, реализуемый CIMMYT и Корнелльским университетом при финансовой поддержке Фонда Гейтса и FCDO UK, был разработан не только для изучения ржавчины, но и для объединения исследователей из разных стран для создания международной системы реагирования на ржавчину с охватом и эффективностью, необходимыми для быстрого реагирования на новые и возникающие угрозы.
«Главный успех этой группы — это сотрудничество», — сказал доктор Нил Хаусманн из Фонда Гейтса. «В 15 странах-участницах существует прочное доверие, и к нам приезжали министры сельского хозяйства, которые особенно благодарили нас за эту программу».
Один из примеров эффективности этой системы был продемонстрирован в ноябре 2023 года. Исследователи в Непале обнаружили необычное проявление стеблевой ржавчины. Благодаря сотрудничеству с DEWAS они немедленно передали образцы исследователям из Глобального справочного центра по ржавчине (GRRC) в Дании, которые подтвердили новые случаи проникновения: в Непал проникли Ug99 и два вирулентных штамма стеблевой ржавчины клады IV.
Партнеры DEWAS из Кембриджского университета и Метеорологического бюро Великобритании использовали прогнозные модели для прогнозирования распространения этих новых штаммов, показав их вероятное распространение по Непалу и даже в Бутане. Благодаря усиленному мониторингу в рамках DEWAS эти прогнозы быстро подтвердились, что дало обеим странам время, необходимое для реагирования до того, как ржавчина успела развиться и распространиться. Подобные события продолжают напоминать нам о важности системы DEWAS для защиты урожайности пшеницы от изменчивой природы этих смертоносных патогенов.
«Угрозы реальны и возрастают с изменением климата, — сказал доктор Хаусманн, — и потребность в скоординированных действиях сейчас как никогда высока».
Хотя будущее DEWAS остается неопределенным за пределами текущего финансирования до начала 2026 года, нет сомнений в том, что колоссальные усилия международного сообщества DEWAS позволили создать замечательную систему, способную наконец-то положить конец многолетнему опустошению, вызываемому возбудителями ржавчины пшеницы.
Источник: John Innes Centre.
