Более 4100 видов фитопаразитарных нематод несут ответственность за экономический ущерб в сельскохозяйственном секторе в размере около 125 миллиардов долларов США ежегодно. Интерес к нематодам, поражающим растения, растет в последние десятилетия. В фокусе внимания- нематоды, поражающие томаты, сою и картофель: галловые нематоды Meloidogyne и вредители картофеля Globodera

 

Группа ученых из Университета Альмерии, Испания, провела анализ с использованием библиометрических данных с целью проследить состояние мировых исследований в этой области, а также узнать основные направления работы, их приоритеты и их развитие. Работа опубликована на портале www.mdpi.com.

Нематоды, также называемые круглыми червями, представляют собой большую группу организмов, принадлежащих к типу Nematoda. Они приспособились жить во многих различных средах обитания и стали наиболее разнообразным типом в животном мире. Нематоды встречаются как в свободноживущих, так и в паразитических формах.

Фитопаразитические нематоды встречаются в большом разнообразии растений повсеместно.

По данным Американского общества фитопатологов (APS), экономические потери в сельскохозяйственном секторе из-за нематод составляют 14% от мировых потерь урожая - почти 125 миллиардов долларов ежегодно.

Нематоды, как правило, симметричны с двух сторон и имеют нитевидное и прозрачное тело без сегментов, но некоторые самки нематод, паразитирующие на растениях, приобретают шаровидную форму (например, самки цистообразующей нематоды).

Общей характеристикой всех фитопаразитарных нематод является наличие стилета, который находится в стоме или рту и имеет канал, по которому проходят секреты и пища. Эта структура позволяет фитопаразитическим нематодам проникать через стенку клеток-хозяев и вводить ферменты для частичного переваривания содержимого клетки, прежде чем нематода всасывает его в свою пищеварительную систему.

В зависимости от жизненного цикла и пищевого поведения нематоды-фитопаразиты делятся на три группы:

  • Эндопаразиты. Они проникают внутрь растения, где проходит весь или часть жизненного цикла. В целом они очень патогенны, потому что их пищевое поведение в тканях растений препятствует усвоению воды и питательных веществ. В основном это корневые нематоды ( Meloidogyne spp.), цистовые нематоды (Heterodera spp., Globodera spp.), нематоды , поражающие корни (Pratylenchus spp., Hirschmanniella spp., Radopholus spp.), стеблевые нематоды (Ditylenchus spp.) и сосновая нематода Bursaphlenchus xylophilus.
  • Эктопаразиты. Их жизненный цикл развивается полностью вне растения. Пробивая стилетом эпидермис или поверхностные слои растения-хозяина, нематоды после кормления мигрируют на другой участок корня или на другое растение. В основном они находятся в почве, хотя их также можно найти в семенах, стеблях и надземной части растения (листья и цветы). Некоторые эктопаразитические нематоды могут действовать как вирусные переносчики, вызывая серьезные заболевания растений (Xiphinema spp., Trichodorus spp., Paratrichodorus spp.)
  • Полу-эндопаразиты. Они могут частично проникать в растение, при этом одна часть нематоды находится внутри растения, а другая часть - снаружи, осуществляя откладку яиц наружу, например, Sphaeronema spp., Hoplolaimus spp. и Helycotylenchus spp.

Любая сельскохозяйственная культура может быть затронута действием некоторых видов фитопаразитарных нематод и понести серьезные экономические потери, включая основные культуры, такие как зерновые, бобовые, картофель, сахарный тростник, сахарную свеклу, бананы, кокосы и пр. с предполагаемыми потерями в 10–15% урожая.

Последствия зависят в основном от плотности популяций в почве и корнях, восприимчивости культурных видов растений и условий окружающей среды.

С экономической точки зрения наиболее важными из них являются корневые и кистозные нематоды.

Влияние нематод часто недооценивается, поскольку они вызывают неспецифические симптомы, которые часто путают с ситуациями водного стресса, дефицитом удобрений, проблемами плодородия почвы или с другими вторичными грибными или бактериальными инфекциями, которым обычно способствует их действие.

Обычным методом борьбы с нематодами, паразитирующими на растениях, является химическая фумигация почвы. Однако растущее беспокойство по поводу воздействия агрохимикатов на здоровье населения и окружающую среду привело к тому, что приоритетность была отдана другим типам мер контроля. В настоящее время рекомендуется использовать комплексные стратегии контроля, сочетающие различные методы с учетом минимального риска для экологии. Разработка этих стратегий основывается на знании биологии паразита, эпидемиологии заболевания, а также способа действия и эффективности применяемых мер.

Сельскохозяйственная нематология

Сельскохозяйственная нематология, понимаемая как наука, изучающая нематод, паразитирующих на растениях, относительно молода, так как экономическое влияние этих микроорганизмов на сельское хозяйство стало осознаваться в середине 20 века.

Первые работы по фитопаразитическим нематодам относятся к XIX веку. С 1850 по 1950 годы нематологические исследования были в основном сосредоточены на таксономии / систематике и обнаружении нематод в различных регионах мира. Были разработаны методологии для установления связи между нематодами и патологиями растений, и со второй половины 20 века количество научных публикаций, касающихся лабораторных культур, патологий или борьбы с нематодами, значительно увеличилось.

Некоторые важные открытия стимулировали развитие нематологии в прошлом веке, положив начало различным направлениям исследований.

Первым было открытие соединений с нематицидным действием. В 1943 году DD (1,3-дихлорпропен 1,2-дихлорпропан) начали применять в качестве фумиганта почвы как важное средство профилактики.

На какое-то время это обозначило фундаментальный вектор, хотя с 1970-х годов исследование новых химических соединений значительно сократилось.

Выращивание устойчивых к нематодам культур было еще одним важным инструментом для оценки потерь урожая и демонстрации ущерба, наносимого фитопаразитическими нематодами.

Наконец, многочисленные исследователи сосредоточили свое внимание на предрасположенности растений к определенным видам нематод, включая их влияние на физиологию хозяина, иногда способствуя атаке грибов и бактерий.

Это был важный шаг для науки - заразить Arabidopsis thaliana двумя группами нематод: цистовыми нематодами и корневыми нематодами, и проверить принципы взаимодействия растений и неметод.

В каких странах чаще всего пишут о нематодах

Для проведения исчерпывающего анализа статей, опубликованных по данной научной теме, набор данных можно получить с помощью запроса в базе данных Scopus, где в настоящее время проиндексировано около 25 000 активных журналов и почти 200 000 книг от более чем 5 000 издателей, что означает более 75 миллионов статей с более чем 1 миллиардом ссылок.

Все эти публикации относятся к периоду с 1788 года до наших дней. Кроме того, Scopus - это база данных, содержащая более 9,5 миллионов материалов конференций и 16 миллионов профилей авторов. По этой причине Scopus является основной базой данных, к которой обращаются при библиометрическом анализе, и используется в таких дисциплинах, как медицина или общественные науки.

В этой работе анализировался период с 1893 по 2019 год. 1893 год был первым годом с опубликованной статьей о растительных нематодах, а 2019 год - последний год, по которому доступны полные данные. С полученными результатами проанализированы следующие вопросы: развитие научных результатов, распределение публикаций по странам и учреждениям, предметная область и основные авторы, а также анализ ключевых слов.

Поиск в базе данных дал 17 417 документов. Из них 95% написаны на английском языке, 326 - на португальском, 231 - на китайском и 138 - на испанском. Остальные статьи написаны на других языках, таких как немецкий, французский, русский и т. д.

Обратите внимание, что многие американские нематологи получили образование в Германии и Франции.

Из 17 417 документов 14 979 (86%) - статьи и 1054 (6%) - обзоры. Остальные 8% составляют документы конференций, главы книг, заметки, редакционные статьи и другие.

публикации по нематодам

Рисунок 1. Динамика количества публикаций в год по нематодам + растениям с 1950–2019 гг.

На графике можно увидеть четко выраженные тенденции. С 1950 по 1990 год идет непрерывный годовой рост публикаций, абсолютный максимум достигнут в 2019 году, когда было опубликовано 1046 статей.

Другими словами, интерес к предмету значительно вырос за последние 30 лет. Этот факт также подтверждается количеством журналов, публикующих статьи о нематодах + растения.

Из 10 журналов, опубликовавших более 200 документов за весь анализируемый период, только два из них существовали до 1990 года. Это были Annals of Applied Biology и Nematologica (Nematologica слилась с Fundamental and Applied Nematology в 1999 году и стала Nematology). Остальные журналы появились за последние 30 лет.

Лидером рейтинга публикаций о нематодах являются Соединенные Штаты Америки с более чем 4500 публикациями. Остальные страны представляют от 1672 до 526 публикаций. Это в порядке убывания: Великобритания, Китай, Индия, Бразилия, Германия, Франция, Австралия, Нидерланды, Испания и Бельгия.

Более половины статей относится к области сельскохозяйственных и биологических наук. Другая половина публикуется в областях, прямо или косвенно связанных со здоровьем человека или животных. Это, например, иммунология и микробиология, фармакология, токсикология и фармацевтика или ветеринария.

Между топовыми 13-ю авторами почти нет значительного научного сотрудничества. Другими словами, большинство из них работают по независимым направлениям.

Только три американских автора - Т. Дж. Баум, Э. Л. Дэвис и Р. С. Хасси - совместно опубликовали около 40 статей, посвященных чувствительности растения Arabidopsis к нематодам из рода Heterodera.

Чем интересуются читатели

Были проанализированы 160 наиболее распространенных ключевых слов в публикациях по нематодам и растениям. Все они появляются от 231 до 6465 раз.

В рамках этих ключевых слов выделено шесть культур, которым уделяется наибольшее внимание в этих публикациях. Это томат, соя, картофель, резуховидка Таля, кукуруза и пшеница.

Известно, что Arabidopsis thaliana не является сельхозкультурой, но используется во многих различных типах исследований, в том числе в связанных с нематодами, паразитирующими на растениях

Томат (Solanum lycopersicum) привлекает наибольшее внимание в отношениях с нематодами. Фактически, так обстоит дело в 6 из 16 стран, которые публикуют больше всего по этой теме: Китай, Индия, Испания, Италия, Египет и Южная Африка.

Второй по значимости культурой была соя (Glycine max.). Однако в США этой культуре уделяется приоритетное внимание: по ней опубликовано более 500 публикаций. Это означает, что 2 из 3 статей, опубликованных в мире по сое и нематодам, касаются американских авторов и организаций, что дает представление о важности этой культуры для страны.

Бразилия - вторая страна, где удельный вес публикаций по сое и нематодам выше, чем по другим культурам. США и Бразилия являются двумя ведущими странами в мировом производстве сои, культуры, которая с каждым годом становится все более глобально востребованной в экономическом и продовольственном плане как источник белка.

Исследования картофеля (Solanum tuberosum) в связи с нематодами наиболее важны в Великобритании, Нидерландах и Канаде, в то время как исследования Arabidopsis thaliana наиболее интересны в Германии, Франции, Бельгии и Японии.

Пшеница (Triticum aestivum) - пятая по значимости культура и та, по которой в Австралии было опубликовано большинство исследований нематод.

Более 20% статей о пшенице и нематодах опубликованы австралийскими авторами или учреждениями. Важность этой культуры в Австралии обусловлена ​​тем, что пшеница выращивается более чем на половине сельскохозугодий страны в виде ключевого экспортного продукта: Австралия становится четвертым по величине экспортером пшеницы с более чем 10 миллионами тонн к 2019 году.

Двумя популярными видами являются Meloidogyne javanica и Meloidogyne incognita, каждый из которых фигурирует в более чем 1900 статьях.

Большинство этих статей посвящено выращиванию томатов. Нематоды семейства Meloidogynidae поражают эту культуру, вызывая образование галлов в корнях. Третий вид в этом семействе - Meloidogyne hapla., и хотя он входит в число семи видов с наибольшим присутствием в культурах, его относительная важность не так высока, как у двух предыдущих видов.

Следующий вид - Heterodera glycines, нематода, поражающая в основном соевые бобы.

Следующие два вида - Globodera rostochiensis и Globodera pallida - нематоды, поражающие в основном посевы картофеля.

Недавно появившимся в научных обсуждениях видом нематод является Heterodera schachtii. В основном это связано с сахарной свеклой и Arabidopsis thaliana. Система Heterodera schachtii / Arabidopsis thaliana стала мощной и универсальной исследовательской моделью для изучения и характеристики возможных взаимодействий между цистовыми нематодами и растениями, на которые они влияют.

(Источник: www.mdpi.com. Авторы: Консепсьон М. Меса-Валле, Хосе А. Гарридо-Карденас,Хосе Себриан-Кармона, Мигель Талавера и Франсиско Мансано-Агульяро).