Учени борят инфекция по насажденията с... инфекция. Един български проект

гл. ас. д-р Лиляна Бранкова / гл. ас. д-р Елена Шопова Последна промяна на 17 януари 2024 в 00:00 4408 0

(A) Лист на растението пипер (Capsicum annuum L., cv. Софийска капия), заразено с X . euvesicatoria (B) Същият лист с намалени видими симптоми след третиране с бактериофага BsXeu269p/3.

Кредит Shopova E. et al

(A) Лист на растението пипер (Capsicum annuum L., cv. Софийска капия), заразено с X . euvesicatoria (B) Същият лист с намалени видими симптоми след третиране с бактериофага BsXeu269p/3.

Когато трябва да се борим с бактериална инвазия по селскостопанската продукция, освен химикали и антибиотици, можем да използваме и друг вид биологични средства, а именно – да заразим самите бактерии с вирусна инфекция. Това се постига с така наречените бактериофаги, които са вирусни частици, които паразитират само в прокариотни клетки, каквито са бактериите.

Това е темата на две статии на български учени от Института по физиология на растенията и генетика към БАН и от Биологическия факултет на СУ "Св. Климент Охридски", публикувани в рецензирани научни списания за растителна биология.

Водещ автор на първата статия в Journal of Biosciences е гл. ас. д-р Лиляна Бранкова, на втората стария в Plants - гл. ас. д-р Елена Шопова.

Болестите по растенията са един от основните рискови фактори, намаляващи продуктивността на икономически важните селскостопански култури. По данни на FAO, въпреки употребата на препарати за растителна защита, загубите от биотични стресови фактори, достигат ежегодно до 40% от общата продукция.

Бактерийното струпясване (bacterial spot BS) по доматите и пипера е едно от най-важните в икономически аспект заболявания (European and Mediterranean Plant Protection Organization, 2013; Potnis, 2015). Разпространено е повсеместно, като заболеваемостта нараства в световен мащаб (Burlakoti et al., 2018).

Заболяването засяга всички надземни части на растенията и води до значителни загуби в зеленчукодобива, които при доматите могат да достигнат до 52% (Jones et al., 1986). Разпространението на причинителите на BS се благоприятства от пренасяне на замърсени семена и разсад. Факторите на околната среда, които улесняват развитието на болестта, са главно дъжд и вятър, както и висока влажност и температури (Osdaghi et al. 2021).

Симптоматична (SLA) и асимптоматична листна площ (ASLA) на заразени растения пипер (Capsicum annuum L., cv. Софийска капия). Кредит: Brankova L. et al

Методи за борба с бактериозите

Управлението на бактериалното струпясване е предизвикателство в масовото производство на домати и пипер в световен мащаб.

Средствата и методите за борба се свеждат до използването на няколко основни метода: физичен, културно – стопански, химичен и биологичен. Културно-стопанският метод включва подбирането на видовете растения, които най-добре се развиват при наличните почвени и климатични условия, както и сортове, които са устойчиви или по-слабо се нападат от икономически важните болести в района. Физичният метод представлява подлагане на семената и растенията на физични въздействия, като изсушаване, наводняване, висока и ниска температура, магнетизъм, засенчаване, излагане на слънчева или ултравиолетова светлина.

В България, все още най–разпространен е химичният контрол с използването на химични вещества срещу бактериозите при растенията. Класическо средство са препаратите на база на медни съединения. Приложението на медни препарати постепенно става масово след 1880-те и е широко застъпено и до днес. Ограничаващ фактор е появата на резистентност на патогените към медта (Thayer and Stall, 1961; Adaskaveg and Hine, 1985; Minsavage et al., 1990), както и наличието на остатъци в третираните плодове и зеленчуци.

От 50-те години на 20 век за контрол на бактериалното струпясване се използват различни антибиотици като стрептомицин, пеницилин, гризеофулвин, патулин и др. Сред тях най-масов е стрептомицинът, което обаче е довело до появата на преобладаващи стрептомицин-резистентни щамове в бактериалните популации, което силно снижава ефективността на бактерицидния агент.

Под действие на селекционния натиск се ускорява разпространението на плазмид-кодирана резистентност към стрептомицин. Понастоящем масовото прилагане на антибиотици е спряно поради възникването на резистентни щамове бактерии и възможността гените на резистентност да се предават и към бактерии, болестотворни при животните и човека.

В световен мащаб все повече се работи в посока натурални природни съединения за контрол на бактериозите. Правят се опити за използването на системно придобита рестистентност (SAR) за химично активиране на защитните механизми в растението-гостоприемник (Ryals et al., 1994). Един от най-често използваните екзогенни индуктори на SAR е салициловата киселина (Kessmann et al.,1994; Vallad and Goodman, 2004).

Близо от век е известно, че бактериофагите са ефективен инструмент за контрол на бактериалните инфекции. Дълги години са били подценявани заради недостатъчната информация по отношение на тяхното действие. Към настоящия момент с масовото развитие на антибиотична резистентност при бактериите, интересът към бактериофагите се завръща и към тематиката се насочват много проучвания.

Учени от Института по физиология на растенията и генетика (БАН) и от Катедрата по обща и промишлена микробиология към Биологическия факултет на СУ „Св. Климент Охридски“ изучават взаимодействието между бактериалния патоген Xanthomonas euvesicatoria, специфичен към него бактериофаг и чувствителни растения пипер, с оглед усъвършенстване на знанията за борба с бактериалните инфекции при икономически значими земеделски култури.

Изследванията са извършении в рамките на проект “Проучване на патосистемата бактериофаг-фитопатоген-растение за контрол на бактериози по икономически важни земеделски култури“, финансиран от ФНИ, с ръководител гл. ас. д-р Елена Шопова.

За първи път е изследван in vivo ефекта от прилагането на изолирания в България литичен бактериофаг BsXeu269р/3 върху пиперени растения (Capsicum annuum, L.), заразени с Xanthomonas euvesicatoria 269p (основен причинител на бактериози в страната). Фитопатогенните бактерии, причинители на бактериози по доматите и пипера, се характеризират с голямо вътревидово разнообразие. До голяма степен тези вариации са локално обособени, т.е. всеки регион или държава си имат собствени щамове. Тази висока специфичност на фагите изисква за изолираните в България щамове фитопатогени, да се селектират и тукашни бактериофаги.

Целта на изследването е да установи in vivo капацитета на BsXeu269p/3 да действа като биоконтролиращ агент срещу BS патоген - X. euvesicatoria щам 269p. Потенциалът за биоконтрол на този фагов изолат in vitro беше докладван наскоро от д-р Йоана Кижева и колектив (част от екипа на проекта, Kizheva et al., 2023).

Разработени са изцяло нови и оригинални методични подходи за детайлното проучване на патосистемата пипер – бактерия – бактериофаг. Чрез молекулярна идентификация (PCR) на патоген и бактериофаг, учените проследяват развитието на инфекциозния процес в пиперените растения. Получените резултати доказват, че in vivo приложението на BsXeu269р/3 ограничава предаването на патогени между заразените и здравите растения, редуцира симптомите на заболяването и води до петкратно намаляване в количеството на фитопатогена в инфектираните растения. Тези резултати могат да послужат като основа за използването му като средство за биоконтрол в практиката. Това е първият доклад за in vivo оценка на потенциала за биоконтрол на локално изолиран фаг срещу BS патоген X. euvesicatoria в България. Получените резултати по проекта са публикувани в две научни публикации* в международни списания и са представени на няколко научни конгреса.

Справка:

  • Shopova E., Brankova L., Ivanov S., Urshev Z., Dimitrova L., Dimitrova M., Hristova P., Kizheva Y. Xanthomonas euvesicatoria-Specific Bacteriophage BsXeu269p/3 Reduces the Spread of Bacterial Spot Disease in Pepper Plants. Plants, 12, 19, MDPI, 2023, DOI: https://doi.org/10.3390/plants12193348.
  • Brankova L., Shopova E. Ivanov S., Kizheva Y., Urshev Z., Rasheva I., Aleksandrov V., Dimitrova L., Dimitrova M., Hristova P. Involvement of oxidative stress in localization of bacterial spot infection in pepper plants. Journal of Biosciences, 49, 2, Indian Academy of Sciences, 2024, DOI: 10.1007/s12038-023-00390-y.

Източници:

European and Mediterranean Plant Protection Organization PM 7/110 (1) Xanthomonas spp. (Xanthomonas euvesicatoria, Xanthomonas gardneri, Xanthomonas perforans, Xanthomonas vesicatoria) causing bacterial spot of tomato and sweet pepper. Bull OEPP/EPPO 2013, 43, 7–20. doi:10.1111/epp.12018.

Potnis, N.; Timilsina, S.; Strayer, A.; Shantharaj, D.; Barak, J. D.; Paret, M. L.; Vallad, G. E.; Jones, J. B. Bacterial spot of tomato and pepper: Diverse Xanthomonas species with a wide variety of virulence factors posing a worldwide challenge. Mol. Plant Pathol. 2015, 16, 907–920. doi:  10.1111/mpp.12244

Burlakoti RR, Hsu CF, Chen JR, Wang JF 2018 Population Dynamics of Xanthomonads Associated with Bacterial Spot of Tomato and Pepper during 27 Years across Taiwan. Plant Dis. 2018 Jul;102(7):1348-1356. doi: 10.1094/PDIS-04-17-0465-RE. Epub 2018 May 2

Jones JB, Pohronezny KL, Stall RE, and Jones JB. (1986) Survival of Xanthomonas campestris pv. vesicatoria in Florida on tomato crop residues, weeds, seeds and volunteer tomato plants.  Phytopathology 76:430-434.

Osdaghi, E.; Jones, J. B.; Sharma, A.; Goss, E. M.; Abrahamian, P.; Newberry, E. A.; Potnis, N.; Carvalho, R.; Choudhary, M.; Paret, M.; Timilsina, S.; Vallad G. E. A centenary for bacterial spot of tomato and pepper. Mol. Plant Pathol. 2021, 22, 1500–1519. https://doi.org/10.1111/mpp.13125

Thayer, P.L. and Stall, R.E.. Effect of variation in the bacterial spot pathogen of pepper and tomato on control with streptomycin. 1961.

Adaskaveg, J. E. and Hine, R. B. Copper tolerance and zinc sensitivity of Mexican strains of Xanthomonas campestris pv. vesicatoria, causal agent of bacterial spot of pepper. Plant Disease.1985:(69)11; 993-996.

Minsavage, G. V., Dahlbeck, D.,  Whalen, M. C., Kearney, B., Bonas, U., Staskawicz, B. J. And Stall, R. E. Gene-for-gene relationships specifying disease resistance in Xanthomonas campestris pv. vesicatoria - pepper interactions. Molecular Plant-Microbe Interactions 1990: (3);41-47.

Ryals J., Uknes S. and Ward E. Systemic acquired resistance. Plant Physiol. 1994. 104, 1109-1112.

Kessmann, H., Staub, T., Hofmann, C., Maetzke, T., Herzog, J., et al. Induction of systemic acquired disease resistance in plants by chemicals. Annu. Rev. Phytopathol. 1994. 32: 439-459.

Vallad, G.E. and Goodman, R.M. Systemic Acquired Resistance and induced Systemic Resistance in Conventional Agriculture. 2004: 44(6); 1920-1934. doi:10.2135/cropsci2004.1920.

Kizheva, Y.; Urshev, Z.; Dimitrova, M.; Bogatzevska, N.; Moncheva, P.; Hristova, P. Phenotypic and Genotypic Characterization of Newly Isolated Xanthomonas euvesicatoria-Specific Bacteriophages and Evaluation of Their Biocontrol Potential. Plants 2023, 12, 947. https://doi.org/10.3390/ plants12040947

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !