Основная проблема использования вирусов для лечения растений — их непредсказуемость. Если фаг быстро мутирует, он может стать неэффективным. Обнаружение генетически стабильного фага доказывает, что на его основе можно создать коммерческие «зеленые пестициды» с долгосрочным стабильным эффектом.
«Бактериофаги — это вирусы, которые специфически инфицируют бактерии, и они обладают огромным потенциалом в качестве инструментов, которые могут помочь нам бороться с болезнями растений. Однако вирусы, как правило, очень быстро эволюционируют, и существовало широко распространенное мнение, что это ограничивает полезность бактериофагов в борьбе с болезнями. Наши результаты показывают, что некоторые бактериофаги не эволюционируют быстро, по крайней мере, в сельскохозяйственных экосистемах. Эта работа — наглядный пример того, как много еще остается неизученным в отношении бактериофагов. Нам необходимо лучше понимать биологию, экологию, эволюцию и разнообразие фагов в сельскохозяйственных системах, чтобы разработать надежные и эффективные стратегии борьбы с болезнями на основе фагов», — говорит Алехандра Уэрта, ведущий автор двух статей по этой работе и доцент кафедры энтомологии и фитопатологии Университета штата Северная Каролина.
В журнале Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences опубликована статья, описывающая дальнейшие направления исследований сельскохозяйственных бактериофагов. Соавтором статьи является Ноа Тотслайн, аспирант Университета штата Северная Каролина.
В журнале Frontiers in Microbiology опубликована статья о недавно охарактеризованных бактериофагах, поражающих ксантомоназу персика. Соавторами статьи являются Меган Флаэрти, студентка-исследовательница из Университета штата Северная Каролина, и Данн Тернер из Университета Западной Англии.
Полученные результаты основаны на работе исследователей по анализу вирусов, связанных с Xanthomonas arboricola pv. pruni, бактерией, поражающей персики, нектарины, сливы, абрикосы и другие косточковые по всему миру, вызывая бактериальную пятнистость и бактериальный рак косточковых культур. Бактерия способна формировать прочные биопленки на листьях дерева. Эта «броня» из полимеров защищает бактерии от большинства стандартных антибактериальных обработок, делая химическую борьбу малоэффективной.
В частности, исследователи изучили образцы, собранные в персиковых садах Северной Каролины в течение примерно 40 лет, и проанализировали 15 фагов, которые им удалось выделить из этих образцов. Исследователи с удивлением обнаружили, что геномы фагов оставались удивительно похожими с течением времени.
«Мы ожидали обнаружить более существенные различия в последовательности ДНК среди фагов, учитывая вариации фенотипических характеристик за 40-летний период», — говорит Кэтрин Д`Амико-Уиллман, соавтор статей и научный сотрудник постдокторантуры в Университете штата Северная Каролина.
Эта работа также привела к классификации и наименованию данной группы фагов как Duraznoxanthovirus arenicola, который поражает возбудителя персиковой болезни Xanthomonas.
На основе этого исследования ученые предложили полностью перестроить семейство вирусов Anamaviridae, выделив новое подсемейство (Terravirinae) и новые роды для фагов, которые атакуют исключительно фитопатогенные бактерии.
«Работа позволило обнаружить совершенно новую ветвь в генеалогическом древе семейства фагов, — говорит Уэрта. — Два новых рода, предложенное новое подсемейство — все они являются вирусами, которые инфицируют бактериальные патогены растений. Эти открытия предоставляют одну из первых эволюционных моделей для понимания фагов, инфицирующих бактерии, связанные с растениями. Фаги, ассоциированные с растениями, представляют собой в значительной степени неизученную область биологии. Мы знаем, что они существуют, но нам по-прежнему не хватает базового понимания того, кто они, как они функционируют и как влияют на микробные сообщества в сельскохозяйственных культурах. Какие фаги присутствуют в сельскохозяйственных ландшафтах? Как они эволюционируют? Как они взаимодействуют с бактериальными популяциями в разных временных масштабах и экосистемах? Какую роль они играют в формировании сельскохозяйственного микробиома? Могут ли фермеры использовать их для надежной борьбы с бактериальными болезнями растений? Это фундаментальные вопросы, на которые нам необходимо ответить, и наши две статьи закладывают основу для того, как мы сможем решать эти вопросы в будущем».
Исследователи отмечают, что эти результаты, хотя и впечатляющие, важны прежде всего потому, что они указывают четкий путь для дальнейших исследований бактериофагов, которые могут помочь эффективно бороться с сельскохозяйственными патогенами.
«Наши результаты показывают, как мало мы знаем о многочисленных вирусных сообществах, связанных с сельскохозяйственными культурами. Открытие совершенно новых таксономических групп в хорошо изученной системе сельскохозяйственных культур подчеркивает необходимость изучения разнообразия фагов, экологии и эволюции в сельскохозяйственных ландшафтах», — говорит Прасанна Джоглекар, соавтор статей и научный сотрудник постдокторантуры в Университете штата Северная Каролина.
«Кроме того, это исследование иллюстрирует важность командной работы и ценность бесценных исторических коллекций биологических образцов. Это исследование не могло бы быть проведено без обоих этих факторов», — говорит Дэвид Ричи, соавтор статей и профессор энтомологии и фитопатологии в Университете штата Северная Каролина.
Источник: North Carolina State University. Автор: Джои Питчфорд.
На фото: персики, пораженные бактериальной пятнистостью. Автор фото: Алехандра Уэрта.
