Принесет ли панамская болезнь TR4 смерть всей банановой индустрии или полезные бактерии смогут одолеть патогенный гриб, выясняют ученые

Среди патологов растений все знают историю фузариозного увядания банана (FWB), также известного как панамская болезнь.

До 1950-х годов сорт Гро Мишель доминировал в структуре выращиваемых бананов во всем мире, пока не появился разрушительный почвенный гриб, а именно Fusarium oxysporum f. sp. Cubense (Foc) (раса 1). К счастью, был обнаружен устойчивый сорт «Кавендиш».

Следовательно, из-за его устойчивости к расам 1 и 2 Foc (Foc R1 и R2), «Кавендиш» повсеместно использовался для замены Гро Мишель, чей уникальный фруктовый вкус стал практически далеким воспоминанием.

Глобальная банановая промышленность жила спокойно до 1990-х годов, когда возникла новая напасть - штамм Foc, вирулентный по отношению к «Кавендишу», раса 4 (R4).

Впервые обнаруженная на Тайване, раса Foc 4 (R4) быстро распространилась на страны Юго-Восточной Азии (например, Индонезию, Малайзию и Филиппины), Китай, северную Австралию, Индию, Пакистан, страны Ближнего Востока (Иорданию, Израиль и Ливан) и достигла Африки.

Далее штаммы R4 далее разделяются на тропическую расу 4 (TR4) и субтропическую расу 4 (STR4) на основании доказательств того, что последняя группа требует наличия предрасполагающих факторов, таких как низкие температуры, чтобы вызвать заболевание.

В настоящее время Foc TR4 присутствует в 19 из 135 стран-производителей бананов, что вызывает значительный интерес со стороны мировых средств массовой информации и научного сообщества.

Сейчас бананы являются наиболее производимыми фруктами на Земле (в 135 странах) и основным продуктом питания для примерно 400 миллионов человек во всем мире. Площади под бананами растут, тем более, что согласно сценарию изменения климата, повышение температуры сделает условия для выращивания культуры в субтропических и тропических высокогорьях более благоприятными.

По оценкам, к 2070 году площадь земель, пригодных для выращивания бананов, увеличится на 50%.

На данный момент разновидности Кавендиша покрывают около 40% мирового производства (экспортная торговля составляет 15% мирового производства), и вполне могут быть единственными бананами, присутствующими на полках супермаркетов стран, не являющихся производителями, поскольку они доминируют в экспортной торговле на сумму 12 миллиардов долларов США.

Таким образом, очевидно, что экономические последствия второй эпидемии очага заражения будут более драматичными, чем первая. Как было продемонстрировано в прошлом на примере банановой чумы Foc R1, генетическая устойчивость хозяина - лучший способ бороться с вирулентным штаммом. Однако пока нет коммерческих сортов, демонстрирующих эффективную устойчивость к Foc R4, хотя ведутся активные исследования по селекции на устойчивость и, помимо обычного разведения и скрининга генотипов, было разработано несколько мутантных и трансгенных бананов. Источники устойчивости к Foc TR4 обнаружены у диких родственников бананов.

В исследовательском проекте MUSA (финансирование по программе Horizon 2020) изучается устойчивая защита банановых культур от трех основных биотических ограничений: фузариозного увядания, нематоды и бананового долгоносика. Проект MUSA целостно охватывает комплексные методы борьбы с вредителями, основанные на микробных консорциумах и доступной зародышевой плазме бананов, включая недавно разработанные элитные гибриды

Foc особенно трудно контролировать по ряду причин: (а) это почвенный гриб с длительным выживанием в почве (более 20 лет) даже при отсутствии растений-хозяев или у альтернативных хозяев, которые не обязательно проявляют симптомы болезни; (b) являясь патогеном сосудов, он избегает контакта со средствами борьбы (например, несистемными фунгицидами) как только проникает в растение; (c) он может распространяться через вегетативный материал для размножения бананов, почву, оросительную воду и т.д.; (d) банановая монокультура, особенно сорта Кавендиш в случае Foc TR4, способствует распространению патогена.

В целом фунгициды обеспечили неудовлетворительные уровни контроля. In vitro токсичность против Foc была доказана для фосфоната, амбуковой кислоты, оловоорганических манделатов, карбендазима, карбоксина, пропиконазола, беномила и дифеноконазола.

In planta только в нескольких научных статьях сообщается о значительном контроле заболеваний с помощью фунгицидов (например, карбендазима) или индукторов резистентности (например, индолуксусная кислота и менадион бисульфит натрия).

С исторической точки зрения биоконтроль фузариозного увядания изучается более 70 лет.

Исследования показали, что участки, подавляющие болезнь, содержат богатые и разнообразные микробные сообщества и, возможно, большее количество антагонистических членов, как это наблюдалось для стрептомицетов.

Более того, различия в составе этих сообществ коррелировали с подавлением болезни (обилие Acidobacteria) или проводимостью (обилие Bacteroidetes) почвы.

Манипуляции с микробиотой ризосферы банана путем введения хорошо охарактеризованных антагонистов по отдельности или в сочетании с органическими добавками (биоорганические удобрения) уже дали очень многообещающие результаты против Foc TR4 в Китае.

Антибиоз - один из основных механизмов, которыми обладают необходимые почвенные бактерии, поэтому первоначальный отбор основывается на оценке единственной антимикробной активности против патогена, в то время как другие механизмы изучаются позже, возможно, после того, как эффективность будет продемонстрирована, по крайней мере, в контролируемых условиях

Эндофиты и штаммы Trichoderma spp., Pseudomonas spp. и Bacillus spp. были наиболее изученными, за ними следуют арбускулярные микоризные грибы.

Интересно, что некоторые из отчетов были сосредоточены на инокуляции бактериями на стадии размножения банановых растений in vitro.

Культивирование банановой ткани широко используется в качестве источника посадочного материала, свободного от патогенов.

Поскольку проростки бананов, полученные с помощью этих схем микроразмножения, более восприимчивы к болезням из-за отсутствия естественной микробиоты, повторное внедрение эндофитных и ризосферных микроорганизмов для защиты растения от последующих проблем со стороны Foc является подходом, который уже дал отличные результаты. В двух полевых испытаниях штаммы эндофитов и ризобактерий привели к контролю фузариозного увядания бананов на 78% и значительно более высокому весу грозди.

(По статье группы ученых (Джованни Бубичи, Манодж Каушал, Мария Изабелла Пригигалло, Кармен Гомес-Лама Кабанас, Хесус Меркадо-Бланко, опубликованной на портале www.ncbi.nlm.nih.gov).