Фузариоз идет на север с глобальным потеплением и ведет «гонку вооружений» против важных сельхозкультур

Раннее мы писали о том, что группа исследователей Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, Санкт-Петербургского государственного университета и Федерального научного центра лубяных культур впервые в мире расшифровала геном гриба Fusarium oxysporum f.sp.lini. Теперь портал AGRO XXI попросил Марию Самсонову, заведующую лабораторией «Математическая биология и биоинформатика» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (СПбПУ), прокомментировать проблему фузариоза. - Связано ли распространение фузариоза с наращиванием производства зерновых, в частности, пшеницы? - Фузариоз - одно из самых серьезных заболеваний растений. Обычно там, где есть сельскохозяйственные растения, там есть и фузариоз. Поэтому, конечно, если происходит увеличение посевов, то и проблема фузариоза становится более актуальной. Существует порядка 300 видов этих грибов и очень многие из них патогенные. Но есть и непатогенные, которые просто живут в почве и не вызывают болезни растений. Многие из этих грибов не имеют полового процесса и размножаются просто кусочками мицелия. Эти кусочки мицелия могут распространяться различными способами. Когда растение умирает, оно попадает в почву и мицелий существует на остатках растений, которые находятся в почве. Кроме того, кусочки мицелия могут распространяться ветром, могут переноситься насекомыми, могут распространяться с капельками воды. И, таким образом, этот гриб распространяется и заражает другие растения. Кроме того, этот гриб может образовывать споры. Эти споры представляют собой клетки, которые покрыты очень прочной оболочкой. Они могу находится в почве в течение многих лет. В принципе, любая часть растения может быть поражена такими грибами. - Где в России - в каких областях – наиболее остро стоит проблема с фузариозом - и есть ли территории более свободные от фузариоза? - Фузариозное заболевание – это повсеместная проблема и я не могу выделить какой-то регион, где его точно нет. Но интересна сама история фузариоза. Его обнаружили в конце 19 века в России на Дальнем Востоке. И постепенно это заболевание стало распространяться в другие районы России. Но особенно активно фузариоз проявляется в регионах с теплым и влажным климатом. И в связи с климатическими изменениями появляются новые области, благоприятные для этого заболевания.. Так, в начале 21 века фузариоз зерна обнаружили уже в Ленинградской области. Т.е. климат становится теплее и фузариоз смещается к северу. - В принципе, может ли почва быть свободной от фузариоза или же он есть повсеместно? - Если мы уберем растительные остатки из почвы, то да, почва сможет быть свободна от спор и мицелия гриба, но это довольно трудно сделать. И обычно, конечно, фузариоз есть везде. - От чего зависит сила давления вредного организма - она одинакова в разные годы или нет? - Cила давления зависит от того, насколько много гриба в почве. Кроме того, она зависит от климатических условий (возрастает в теплом и влажном климате). Также она зависит от агротехники. Например, если провести агротехнические мероприятия и эти растительные остатки убрать поглубже в почву, получим положительный эффект для растений. И уровень поражения их болезнью снизится. И еще необходим севооборот. Т.е. если, например, рассматривать фузариоз зерна, то если на данном участке почвы уже были поражены зерновые, то на следующий год их там лучше не сеять, а выбрать кукую-то другую культуру. - Как понять, что почва и растения заражены фузариозом? - Это видно по внешним признакам. Во-первых, появляются зоны поражения листьев. Грибы Fusarium проникают в растение и не сразу его убивают, а перестраивают метаболизм растения в свою пользу так, чтобы размножаться в этом растении и использовать его метаболиты как питательные вещества, а потом уже клетки растения гибнут. В итоге, гриб закупоривает проводящие сосуды и, в результате, происходит увядание растений. В начале заражения у зерновых может появиться налет на колосе. Налет – это споры. При поражении корней, гриб проникает через корневые волоски, размножается и затем закупоривает проводящие сосуды растения. Патогенные виды фузариума часто ориентированы на какой-то конкретный вид сельскохозяйственных культур. Но есть и такие виды грибов, которые поражают несколько видов растений. Например, есть расы Fusarium oxysporum, которые могут заражать огурец, арбуз и дыню. - Почему Вы решили заняться проблемой фузариоза на льне? Что на сегодняшний день Вы выяснили и над чем продолжаете работать. - Фузариоз льна – это большая проблема. У чувствительных растений снижается продуктивность и качество волокна и масла. И в итоге до 80% посевов может погибнуть. В лаборатории «Математическая биология и биоинформатика» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого мы изучаем как гриб взаимодействует с растениями. Для того, чтобы направленно и в кратчайшие сроки создавать устойчивые к заболеванию сорта, необходимо расшифровать механизмы такого взаимодействия. Мы применяем методы биоинформатики и геномики в своих исследованиях. Нам впервые удалось расшифровать геном нескольких рас гриба Fusarium oxysporum, который поражает лён и собрать этот геном в отделные хромосомы, что было нетривиальной задачей. И следующий этап – характеристика коллекции льна Федерального научного центра лубяных культур и изучение того, что происходит с грибом и растением при заражении, как перестраиваются все процессы в растении при проникновении гриба. - Возможно ли создание 100% устойчивых сортов, как выглядит алгоритм формирования устойчивости? - Между грибом и растением происходит «гонка вооружений». Если мы создаем устойчивый сорт, то гриб очень быстро эволюционирует и вырабатывает новые механизмы, чтобы обойти устойчивость растения. Так что необходимо постоянно работать над созданием устойчивых сортов, ведь гриб может обойти устойчивость. Так что 100% устойчивых сортов просто нет. - Какие меры борьбы с фузариозом должны применяться - возможно ли справиться с патогенными грибами только агрохимией? - У растения есть врожденный иммунитет. Когда гриб начинает проникать в растение, то он должен преодолеть ряд барьеров. Во-первых, это физические барьеры – клеточная стенка, во-вторых, химические барьеры, т.е. растение продуцирует метаболиты, которые препятствуют проникновению гриба. Существуют гены устойчивости. Кроме того, существует сверхчувствительность, это определенные реакции, препятствующие проникновению гриба. Можно также попытаться защитить растение с помощью химических агентов, фунгицидов, в случае зерновых применение фингицидов может снизить симптомы заболевания на 30 ‒ 60 %. Возможы и биологические средства защиты. Фузариевые грибы эффективно подавляются штаммами бактерий из родов Bacillus, Kluyvera, Lysobacter, Paenibacillus, Pantoea, Pseudomonas, дрожжей Cryptococcus, Rhodotorula, Sporobolomyces. Возможно также использование механизмов самозащиты растений. Например, существуют бактерии-симбионты, которые живут в растении, в семенах, корнях, стеблях. Симбионты - бактерии, которые сосуществуют с растениями во взаимовыгодных отношениях. Такие бактерии можно использовать в борьбе с фузариозом как подавляющие гриб, как вытесняющие его. Другой способ – это создание устойчивых сортов, о которых я говорила ранее. - Как вы оцениваете использование ризосферной микробиоты в качестве агентов биоконтроля – или все-таки главную роль играет севооборот и использование устойчивых сортов? - Использование ризосферной микробиоты – это активная область исследования, но пока нельзя сказать, что это способ может решить проблему. На мой взгляд, севооборот, агротехника и использование устойчивых сортов очень перспективны в борьбе с фузариозом. - Спасибо, Мария, за интервью. Наш портал желаем Вам и коллегам добиться успехов в поставленных задачах.