Вирусные заболевания полевых культур

в отличие от бактерий или грибков, вирусы состоят только из генетического материала

– Апчхи!
– Будьте здоровы!

Ну вот, опять… Очередной сезон гриппов и прочих ОРВИ, ОРЗ… Кстати, а вы знали, что вирусными заболеваниями болеют не только агрономы, но и их “подопечные”? И случается это гораздо чаще, чем хотелось бы. Вирусные заболевания полевых культур – это одна из наиболее серьёзных современных проблем: иногда они вызывают “просто снижение урожайности” процентов этак на 70, а иногда и все посевы гибнут в целом регионе.

Что же такое вирусы растений?

В отличие от бактерий или грибков, вирусы состоят только из генетического материала (ДНК или РНК), заключенного в белковую оболочку. Парадоксально, как их собственная простота делает борьбу с ними особенно сложной! Они эффективно захватывают клеточные механизмы растения-хозяина для собственного размножения, не убивая его, так что по типу питания эти существа – самые настоящие паразиты. Для полевых культур наиболее экономически значимы РНК-вирусы, хотя существуют и некоторые ДНК-вирусы, представляющие серьёзную проблему.

Передача и распространение вирусов растений

Если нам с вами для заражения достаточно друг на друга чихнуть, то растительным вирусам для распространения практически всегда нужен вектор, то есть переносчик. Чаще всего это насекомые, питающиеся соком растений, особенно всевозможная тля, клещи и цикадки. Например, зелёная персиковая тля (Myzus persicae) может переносить более 100 различных вирусов растений. Эффективность переносчиков значительно различается; некоторые насекомые могут заразиться и передавать вирусы в течение нескольких минут, в то время как другим требуется более длительный период.

Немного более редкий вариант переносчика вируса – патогенные грибы. В качестве примера – грибы рода Polymyxa и рода Sporgospora переносят вирус мозаики пшеницы, передающийся через почву. Некоторые вирусы картофеля (XBK и SBK) могут быть распространены патогенными грибами Synchitrium endobioticum и Spongospora subterranean.

Переносить заразу с поля на поле может и сельскохозяйственная техника вместе с соком больных растений. Реже заражение может происходить при соприкосновении больных растений друг с другом. В отличие от большинства “животных”, растительные вирусы могут долго сохраняться в почве, на растительных остатках, в пыльце, и конечно же резервуаром им послужат сорняки.

И, наконец, примерно 20% известных вирусов растений передаются через семена. Этот способ передачи – особая проблема, поскольку заражённые семена могут занести вирусы в новые регионы. Показатели передачи вируса через семена значительно различаются в зависимости от сочетания вируса и хозяина, от менее чем 1% до почти 100%.

Некоторые вирусные заболевания полевых культур

И сразу плохая новость – вирусных заболеваний много, очень много, буквально сотни. Здесь мы приведём лишь некоторые примеры, не углубляясь в научную классификацию или подробности их проявления на поле. Спектр симптомов – от разнообразного изменения окраски (всевозможные мозаичные заболевания) до не менее разнообразной деформации всего растения или отдельных органов. Чтобы верно определить причину напасти, приходится обращаться в специализированные лаборатории.

Жёлтая карликовость ячменя (BYDV) является одним из наиболее экономически важных вирусных заболеваний зерновых во всем мире. Этот вирус поражает пшеницу, ячмень, овёс и многие другие злаковые культуры. Исследования показывают, что BYDV может снижать урожайность пшеницы на 15-25% в нормальных условиях, но потери могут достигать 50% во время сильных эпидемий. Вирус передается сразу несколькими видами тлей, что особенно защиту от него.

Вирусы желтой мозаики ячменя (BaYMV) и легкой мозаики ячменя (BaMMV), переносимые через почву скромным микроскопическим существом – плазмодиофорой Polymyxa graminis, становятся все большей проблемой в Западной и Центральной Европе. Эти вирусы могут снизить урожайность озимого ячменя на 15-40% и сделали вовсе невозможным выращивание ячменя на некоторых сильно зараженных полях в Германии и Франции.

Вирус мозаики фасоли обыкновенной (BCMV) поражает различные бобовые культуры по всему миру. Исследования показали, что урожайность снижается на 6-98% в зависимости от штамма вируса и времени заражения. Вирус в основном передается через семена, а тля служит вторичным переносчиком.

Вирус полосатой мозаики пшеницы (WSMV) встречается во всех регионах России, где есть посевы пшеницы, а поражать может вообще все зерновые и даже злаковые травы. Этот вирус, переносимый галлообразующими клещами Aceria tulipae и Aceria tosicella, может привести к потере урожая от 2-3% в годы с легкой степенью заражения до полного неурожая в тяжелых случаях. Помимо клещей, эта болезнь может переезжать с поля на поле на нашей же технике! Установлено, что возбудитель легко передается при механическом повреждении сначала больного, а затем здорового растения – вместе с соком.

Вирус мозаики сои (SMV) представляет собой одно из наиболее распространенных вирусных заболеваний бобовых во всем мире. Исследования показывают, что заражение может снизить качество семян и урожайность до 35% при благоприятных для развития болезни условиях. Вирус влияет не только на урожайность, но и на качество семян, снижая содержание масла на 3-4% и белка на 2-3%.

Вирус карликовости пшеницы (WDV) давно стал серьёзной угрозой для производства зерновых в Центральной и Восточной Европе, включая европейскую часть России. Вирус, переносимый цикадкой Psammotettix alienus, приводит к потере в среднем 30-40% урожая на поражённых полях, а в некоторых регионах потери достигают 80% во время сильных вспышек. Недавние исследования показывают уровень заражения 30-45% у восприимчивых сортов в Чехии, Польше и западной части России.

Вирус желтых прожилок свеклы (BNYVV), вызывающий ризоманию сахарной свеклы, остается одним из наиболее экономически значимых вирусных заболеваний в Европе. Да, совершенно верно: “ризо-мания” – “сумасшедшие корни”. Этот вирус распространен во всех основных регионах выращивания сахарной свеклы, от Франции до России, и может снизить сбор сахара на 40-70%. Ежегодные убытки по всей Европе оцениваются в 150 миллионов евро, особенно серьезные последствия наблюдаются в таких странах, как Франция, Германия и Польша. Что интересно, этот вирус сам растение заразить не в состоянии: ему нужно “приехать” внутрь хозяина на почвенном грибе Polymyxa betae. На новое поле он так же попадёт только вместе со своей верной “лошадкой”, например, с частицами почвы.

А вот на всеми любимом картофеле встречается порядка 40 вредоносных вирусов! Приведём лишь один пример. За последние десятилетия штаммы картофельного вируса Y (PVY) значительно эволюционировали в посевах картофеля в Европе. Штамм PVYNTN, впервые выявленный в Венгрии, распространился по всей Европе и в настоящее время вызывает кольцевую пятнистость клубней, что приводит к браковке до 40% партий картофеля, предназначенного для посева или переработки. Недавние исследования, проведенные в Европейской части России, показывают, что уровень заражения PVY в некоторых регионах превышает 60%, особенно в районах выращивания картофеля вокруг Москвы и Санкт-Петербурга.

Новые угрозы

Потепление климата и изменение характера осадков влияют как на выживаемость вирусов, так и на распространение переносчиков. Повышение температуры на 2-4°C может расширить географию распространения многих вирусных векторов на 200-300 километров к северу. То есть, ранее незатронутые регионы окажутся перед лицом новых вирусных угроз.

К тому же, стресс от засухи усугубляет последствия вирусных заболеваний и увеличивает итоговые потери урожая.

Растут и аппетиты самих вирусов: они эволюционируют и осваивают новые для себя культуры! Вот, например, вирус пятнистого увядания томатов (TSWV) теперь умеет поражать подсолнечник! И это уже стало проблемой в таких странах, как Испания, Италия и Греция, где потери урожая на пострадавших полях составляют 20-90%.

Обнаружение и диагностика

Иммуноферментный анализ (ELISA) остается наиболее широко используемым диагностическим методом, который при правильном проведении обеспечивает точность обнаружения вирусов на уровне 95-99%. Этот метод позволяет обрабатывать большое количество образцов с минимальными затратами.

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) и её варианты обеспечивают ещё более высокую чувствительность. Хотя эти молекулярные методы стоят дороже, они обладают непревзойдённой точностью и позволяют идентифицировать специфические штаммы вирусов.

Стратегии борьбы с вирусами

Вирусы растений и животных имеют несколько ключевых отличий, хотя базовая структура (нуклеиновая кислота и белковая оболочка), как мы помним, у них схожа. Эти различия во многом определяют разницу подходов к защите от вирусных инфекций в растениеводстве и медицине. Посмотрим:

Защита точек проникновения

Растительные вирусы не могут активно проникать через клеточную стенку растений. Им нужны либо механические повреждения, либо переносчики (насекомые, нематоды, грибы). В растениеводстве мы делаем фокус на защите от насекомых-переносчиков и предотвращении механических повреждений. Не забываем, конечно, и подчищать резервуары, где может затаиться инфекция: убираем сорняки и падалицу.

Использование природных механизмов

У растений есть система РНК-интерференции – естественный механизм "выключения" вирусных генов. Современные методы защиты растений часто основаны на усилении этого механизма.

Создание устойчивых сортов

Можно создать генетически модифицированные линии, устойчивые к вирусам: этот метод эффективен именно из-за отсутствия классического иммунитета у растений.

Биотехнологические подходы

Создание растений с встроенными генами устойчивости, использование рибозимов и антисмысловых РНК (т. е. “растворителей” и “заглушек” против вирусов), и применение CRISPR-технологий (редактирования генов) для создания невосприимчивых сортов. Первые полевые испытания показали снижение восприимчивости модифицированных растений к вирусам до 90%, а ещё эта технология может сократить время выведения устойчивых сортов на 40-60%

Профилактические меры

В растениеводстве акцент на карантине и уничтожении источников инфекции. Это критически важно, так как растительные вирусы очень устойчивы в окружающей среде. Решающую роль в предотвращении заноса и трансграничного распространения вирусных заболеваний играет система карантина растений. В России это сфера ведения Россельхознадзора и Всероссийского центра карантина растений.

Соотношение затрат на карантинные системы и экономической выгоды от сбережённого профилактическими мерами урожая оценивается как 1:8. В современных карантинных учреждениях теперь используются передовые методы молекулярной диагностики, включая ПЦР в реальном времени и секвенирование нового поколения, что позволяет выявлять возникающие варианты вирусов до того, как они распространятся на новых территориях.

Узнайте у специалистов, как наши решения мониторинга посевов помогают в борьбе с таким непростым врагом, как вирусные заболевания полевых культур. И не болейте сами!

Понравилась эта статья?