Команда немецких ученых, в состав которой вошли специалисты из отдела вирусов растений Института Лейбница DSMZ, Института Юлиуса Кюна (JKI) и Центра Лейбница по исследованию сельскохозяйственных ландшафтов (ZALF), провела двухлетнее исследование различных полей нута в Саксонии-Анхальт и Бранденбурге, сообщает Мануэла Шюнгель в релизе Института Лейбница DSMZ (эта научная организация (Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH) является исследовательской инфраструктурой в Ассоциации Лейбница - Немецкая коллекция микроорганизмов и клеточных культур GmbH, расположенный в Брауншвейге).
Согласно релизу, исследователи впервые обнаружили в Германии вирус желтой карликовости гороха (PNYDV) в нуте - вирус, который, как уже известно, заражает другие бобовые, такие как горох, где он может вызывать значительные потери урожая. У зараженных растений проявлялись такие симптомы, как пожелтение листьев и задержка роста. Однако особенно тревожной была высокая частота множественных инфекций, когда растения поражались несколькими вирусами одновременно.
Бобовые культуры играют важнейшую роль в сельском хозяйстве и служат ценным источником белка для потребления человеком и животными. Тем не менее, они подвержены различным вирусным инфекциям, которые могут стать причиной значительных потерь урожая и качества.
Нут (Cicer arietinum L.) считается важной бобовой культурой во всем мире. Хотя его выращивание в Германии все еще находится в зачаточном состоянии, ожидается, что оно будет расти благодаря многочисленным преимуществам культуры.
Нут адаптирован к условиям засухи, за счет своей азотфиксации является привлекательным дополнительным вариантом для севооборотов в органическом земледелии и набирает популярность для продуктов питания регионального производства. Тем не менее, мало известно о присутствии и потенциальном агрономическом воздействии вирусных патогенов на нут, выращенный в условиях Германии.
Это исследование является первым, в котором изучалась распространенность вирусов, заражающих бобовые, на посевах нута, выращенных в Германии.
Потенциал урожайности нута в Германии составил 1,7–1,9 т на гектар в сети испытаний на станциях в Германии, Швейцарии и Австрии в 2021 и 2022 годах с большой изменчивостью, в которой участвуют вирусные болезни.
Вирусы, обнаруженные в других бобовых культурах, таких как полевой горох, также могут присутствовать в посевах нута. Учитывая возросшее культивирование и значение нута, изучение этих вирусных угроз становится еще более важным.
Во всем мире вирусы, вызывающие «низкорослую болезнь» или карликовость, такие как вирус хлоротичного роста нута (CpCSV) или вирусы, передаваемые цикадками, такие как вирус хлоротичной карликовости нута (CpCDV), имеют большое экономическое значение в производстве нута. Эти вирусы часто приводят к тяжелым симптомам, включая задержку роста, пожелтение или покраснение листьев, а также плохой набор стручков. Несмотря на то, что вирус огуречной мозаики (CMV), вирус желтой мозаики фасоли (BYMV) и вирус мозаики, переносимый семенами гороха (PSbMV), присутствуют во всем мире, их воздействие на нут, как правило, незначительно.
Кроме того, нановирусы также были определены как существенные риски для производства нута в таких регионах, как Западная Азия, Северная Африка и некоторые части Европы.
«В нашем исследовании мы собрали образцы растений нута на трех полевых участках в Германии и подвергли их комплексной процедуре тестирования с целью изучить присутствие и влияние вирусных патогенов, в частности вирус желтой карликовости гороха (PNYDV), на посевах нута в Германии, чтобы внести свой вклад в разработку эффективных стратегий смягчения последствий в будущем. Последние исследования улучшили наше понимание вирусных болезней нута, особенно тех, которые передаются тлей. Кроме того, они подчеркнули растущее значение коинфекций, когда множественные вирусы усугубляют тяжесть заболевания, что приводит к большим потерям урожая. Эти исследования также расширили географическую осведомленность о вирусных угрозах для выращивания нута и усовершенствовали диагностические инструменты, что позволило более точно и на ранних этапах выявлять вирусные инфекции. Это более глубокое понимание имеет решающее значение, поскольку выращивание нута распространяется на новые регионы в условиях меняющихся климатических условий», - рассказал доктор Б. Кренц, глава отдела вирусологии растений в DSMZ.
Среди гороха полевого (Pisum sativum) последние данные в Германии указывают на распространенность вируса мозаики гороха 1 (PEMV-1, Enamovirus, Luteoviridae) и 2 (PEMV-2, Umbravirus) в качестве основных вирусных угроз, за которыми следуют вирус некротической желтой карликовости гороха (нановирус, Nanoviridae) и вирус желтухи репы (TuYV, Polerovirus, Luteoviridae), который также распространяется на небобовые сорняки в окрестностях.
После того, как фермеры пожаловались на проблемы нутовых полей, в 2022 и 2023 гг. ученые собрали образцы материала с симптоматических растений в трех местах и проанализировали их на наличие кольцевых (ss) ДНК-вирусов, таких как вирус некротического желтой карликовости гороха (PNYDV), используя комбинацию амплификации по скользящему кругу (RCA) и анализа длины фрагментов рестрикции (RFLP). Кроме того, они провели ПЦР-анализ с обратной транскрипцией для выявления различных РНК-вирусов, инфицирующих бобовые.
В 2022 году PNYDV был обнаружен на 5 растениях, все из сорта нута «Аморгос», расположенного рядом с гороховым полем.
РНК-вирусы были обнаружены у 27 растений, в основном у TuYV или PEMV-1. Двойные и тройные инфекции были распространены, при этом на одном растении наблюдалась тройная инфекция PNYDV, TuYV и PEMV-1. Симптомы вирусной инфекции включали пожелтение листьев, карликовость и хлоротичные пятна, при этом коинфекции приводили к более тяжелым симптомам.
В 2023 году образцы гороха, вигны и нута были собраны в Шляйбнице/Ванцлебене, Саксония-Анхальт, а также различные образцы и сорта нута с экспериментальных полей ZALF, где было подтверждено наличие PSbMV, PEMV, PNYDV, BYMV и TuYV на этих хозяевах. Эти результаты указывают на то, что вирусные патогены представляют значительную угрозу для производства нута в Германии, что обуславливает необходимость разработки устойчивых сортов и комплексных стратегий управления.
Важно отметить, что большинство из этих идентифицированных вирусов являются трансмиссивными через тлю, что подчеркивает сложность управления ими и контроля.
«Наши результаты показывают, что нут в Германии находится под значительным инфекционным давлением, особенно если он выращивается вблизи гороховых полей, на которых также могут находиться эти вирусы. Эти первоначальные обнаружения подчеркивают трудности выращивания нута в Германии», - резюмирует доктор Кренц, глава отдела вирусов растений в DSMZ.
Результаты этого исследования являются важным шагом на пути к разработке более устойчивых сортов нута и комплексных стратегий защиты растений. Для устойчивого удовлетворения растущего спроса на нут регионального производства необходимы крепкие растения, способные противостоять вирусным инфекциям.
Перспективным подходом может стать целенаправленное разведение устойчивых к вирусам сортов в сочетании с использованием естественных врагов насекомых, переносящих вирусы.
Ранний скрининг на толерантность к вирусам в селекционных программах может помочь устранить восприимчивые сорта на ранней стадии. Кроме того, систематический скрининг на вирусы коммерческих сортов нута предоставит фермерам обоснованные критерии отбора для более устойчивых культур.
«Учитывая растущий спрос на бобовые, производимые в регионе, для политиков, ученых и фермеров будет крайне важно тесно сотрудничать, чтобы обеспечить устойчивое производство нута. Текущие результаты исследований дают важную основу для будущих мер, поскольку здоровые растения являются основой успешного сельского хозяйства», заключил Б. Кренц.
Источник: Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH. Автор: Мануэла Шюнгель.
На заглавном фото вы видите здоровое растение нута (a116, слева) по сравнению с зараженным растением (a115, справа). Источник: DSMZ/Menzel.
