Ученые из Университета штата Вашингтон проводят исследование с целью улучшения защиты картофеля на основе генов и вакцин

Штат Вашингтон выращивает больше всего картофеля в США на акр, производя урожай стоимостью около 700 миллионов долларов в год. Но этой важной продовольственной культуре угрожает порошистая парша, заболевание, вызываемое грибоподобным патогеном (слизевиком плазмодиомицетом Spongospora subterranea Lagerh), который также несет вредный вирус.

Кроме того, картофель подвергается нападению со стороны нематод, микроскопических червей, обнаруженных в почвах штата Вашингтон.

Финансируемые Инициативой по сельскому хозяйству и продовольствию Минсельхоза США (AFRI) и Северо-западным консорциумом по исследованию картофеля, фитопатологи Киваму Танака и Синтия Глисон изучают новые молекулярные и живые средства защиты от этих вредителей.

Возбудители порошистой парши, заражая корни и клубни своего хозяина, образуют корневые желчи, которые не дают растениям поглощать питательные вещества и воду. Болезнь также повреждает кожу клубней, превращая картофель в уродливый и нетоварный продукт.

«Фермеры изо всех сил пытаются контролировать порошистую паршу, потому что фунгициды не очень хорошо работают», - говорит Танака, доцент и исследователь феномики с факультета патологии растений WSU.

Возбудители парши несут вирус, известный как PMTV. Карантинный патоген в некоторых странах, вирус нарушает рост растений и вызывает некроз клубней – они погибают изнутри.

Вирус PMTV был впервые обнаружен в США в 2002 году, и теперь серьезно беспокоит картофельную индустрию.

«Самое страшное в том, что, пока вы не выроете и не разрежете картошку, вы не сможете понять, что вирус присутствует. Он может заразить целые поля, не проявившись над землей», - сказал Танака.

Танака вместе с Глисон возглавляют трехлетний проект по борьбе с порошистой, финансируемый за счет нового гранта в размере 490 000 долларов США от AFRI и соответствующих средств консорциума. Он разрабатывает биоразлагаемую вакцину, которая может доставляться в ризосферу – почвенную сеть живых организмов внутри и вокруг корней растения.

Опираясь на исследования Синтии Глисона по иммуностимуляторам - специальным пептидным соединениям, стимулирующим сильный защитный ответ у растений-хозяев, - ученые сосредоточат изыскания на палочковидной бактерии, или Bacillus, которая колонизирует ризосферу и выделяет соединение, которое удерживает порошкообразную паршу.

«Мы можем использовать бактерии защитника, чтобы вакцинировать растение как против возбудителя парши, так и против вируса. Бактерии колонизируют пространство и изменяют микробиом, вытесняя патоген. В то же время растение защищено иммунизацией», - пояснил Танака. Он отметил, что эта живая защита поможет защитить урожай и сохранить поля в производстве, позволяя фермерам сократить использование дорогостоящих, часто неэффективных фунгицидов.

В дополнение к защите под землей Танака и Глисон изучают влияние наземного иммуностимулятора на рост и развитие растений, используя новую высокопроизводительную технологию фенотипирования. Этот продвинутый метод точно определяет воздействие бактерий-защитников на такие факторы, как фотосинтез и эффективность использования воды в саженцах картофеля и других модельных растениях.

Ориентируясь на другого вредителя, Синтия Глисон возглавляет другой трехлетний грантовый проект стоимостью 450 000 долларов. Она изучает молекулярные механизмы корневой нематоды - микроскопического паразитического червя, поражающего корни растений и клубни.

Нематоды секретируют белки в растительные клетки, обманывая их ложным чувством сытости. И в то время, как нематоды кормятся, растение голодает. Признаки заражения нематодами включают увядшие, обесцвеченные листья и комковатые, деформированные клубни.

Глисон говорит, что как только она определит, как растения реагируют на химическую секрецию нематоды, у нее появится отправная точка для создания защиты на основе генов, такой как новые сорта картофеля, которые могут противостоять паразитам. «Остановите молекулярный механизм, и нематода не сможет создать место для своего питания. Следовательно, паразит будет голодать, а растения процветать», - сказала она.

«Мы пытаемся уменьшить зависимость от химических веществ, используя биологический и генетический контроль, сохраняя полезные организмы и помогая накормить мир. Это потенциально огромная выгода для картофеля и других специальных культур, а также для здоровья человека и окружающей среды», - добавила она.

(Источник: news.wsu.edu).