Даже при современных передовых сельскохозяйственных технологиях болезни растений все еще могут быть губительными для сельскохозяйственных культур, ежегодно причиняя убытки на миллиарды долларов по всему миру. Ярким примером такой угрозы являются бегомовирусы — эти патогенные микроорганизмы, переносимые белокрылкой, вызывают желтизну листьев у перца и могут уничтожить до 100% урожая плодов на пораженных полях. Болезни перцев периодически прокатываются по всей Азии, Африке, Северной и Южной Америке.
Селекция сельскохозяйственных культур, устойчивых к бегомовирусам, уже давно является наиболее эффективной и широко используемой стратегией предотвращения таких массовых потерь. Несмотря на свою эффективность, этот подход имеет серьезные ограничения, особенно при смешанных инфекциях. Ученым удалось успешно идентифицировать гены устойчивости к конкретным видам бегомовирусов, но разработать защиту широкого спектра действия для сложных смесей вирусов, обычно встречающихся в сельскохозяйственных условиях, оказалось гораздо сложнее.
Исследовательская группа, возглавляемая доцентом Сота Коэдой из Высшей школы сельского хозяйства Университета Киндай, Япония, недавно совершила важный прорыв в решении этой проблемы. Их последнее исследование, опубликованное онлайн в журнале Plant Disease 2 июня 2025 года, демонстрирует, как сочетание двух различных генов устойчивости может обеспечить надежную защиту даже от самых опасных комбинаций бегомовирусов.
Команда ученых сосредоточилась на двух ранее идентифицированных генах устойчивости: рецессивном Pepy-1, который кодирует белок под названием Pelota, участвующий в механизмах контроля качества клеток, и доминантном Pepy-2, который кодирует РНК-полимеразу, помогающую растениям подавлять вирусные гены. Используя сложные методы инокуляции, исследователи протестировали растения перца, несущие эти гены, на устойчивость к одиночным вирусным инфекциям и смешанным инфекциям высоковирулентными бегомовирусами из разных регионов мира.
Их эксперименты показали, что, хотя отдельные гены устойчивости и обеспечивают некоторую защиту, они часто поражаются смешанными инфекциями, особенно когда растения подвергаются одновременной атаке бегомовирусов Нового света, таких как вирус желтой прожилки перца уастеко и вирус золотой мозаики перца. Однако, когда оба гена устойчивости были объединены в их наиболее эффективной форме (гомозиготное состояние), генетически усиленные растения продемонстрировали замечательную жизнестойкость.
Благодаря тщательному анализу и дальнейшим экспериментам команда ученых глубже изучила различные механизмы устойчивости. В то время как pepy-1 показал эффективность против бегомовирусов Старого Света, он боролся с видами Нового Света. Pepy-2 обеспечивал универсальную защиту.
Комбинация создала синергетический эффект, известный как пирамидизация генов, который преодолел ограничения каждого гена в отдельности. Это значительно уменьшило симптомы заболевания и сохранило накопление вирусной ДНК на низком уровне.
Для всех, кто выращивает перец исследование дает надежду на более стабильное производство в регионах, где бегомовирусные инфекции наносят экономический ущерб.
Наше исследование обеспечивает основу для выведения перцев с беспрецедентной устойчивостью к эволюционирующим бегомовирусам, заполняя критический пробел в защите сельскохозяйственных культур. В ближайшем будущем как Pepy-1, так и Pepy-2 будут широко использоваться в коммерческих сортах перца, что позволит фермерам выращивать плоды даже при низких температурах, когда растения особенно уязвимы перед бегомовирусом.
Этот прорыв произошел в критический момент, когда мировое производство перца сталкивается с растущим давлением вирусных инфекций. Во всем мире ежегодно производится более 42 миллионов тонн перца, и защита этой ценной культуры от катастрофических потерь имеет важное значение для продовольственной безопасности и экономической стабильности в основных регионах-производителях, таких как Мексика, Индонезия, Турция и Индия. Разработка долгосрочных стратегий борьбы с патогенами представляет собой значительный шаг вперед в устойчивом сельском хозяйстве.
Результаты исследования распространяются не только на болезни перцев. Метод генной пирамиды может быть применен к другим растениям, сталкивающимся с инфекциями различной природы.
Недавно ученые объяснили, почему сорта стручкового перца имеют разную остроту.
