Российские ученые провели одно из самых масштабных за последние годы исследований вирусных заболеваний картофеля и выяснили, какие патогены наиболее активно распространяются в регионах страны. Специалисты Института биоорганической химии имени академиков Шемякина и Овчинникова РАН проанализировали образцы из 18 регионов России и оценили генетическое разнообразие наиболее опасных вирусов этой культуры. Результаты работы опубликованы в журнале Acta Naturae.
Картофель является четвертой по значимости сельскохозяйственной культурой в мире после риса, пшеницы и кукурузы. Ежегодное мировое производство превышает 390 млн тонн, а в России собирают около 30 млн тонн. При этом вирусные эпидемии способны сокращать урожайность более чем на 50%, а также ухудшать качество клубней и сроки их хранения.
Самый опасный вирус оказался рекомбинантным
Материал для исследования собирали в 2021–2024 годах. Ученые изучали листья и клубни картофеля, применяя технологию секвенирования нового поколения (RNA-seq), которая позволяет получать полные геномы вирусов и отслеживать их эволюцию. В отличие от традиционных методов диагностики, основанных на анализе отдельных генов, такой подход дает более полную картину распространения инфекций.
В ходе работы специалисты искали следы 16 вирусов картофеля, включая девять наиболее значимых для сельского хозяйства. В итоге в исследованных регионах были выявлены четыре экономически важных вируса.
Наиболее широко распространенным оказался Y-вирус картофеля (Potato Virus Y, PVY) — один из самых опасных патогенов этой культуры. Примечательно, что все обнаруженные варианты вируса относились к рекомбинантным формам, возникшим в результате обмена генетическим материалом между различными штаммами.
Второе место по распространенности занял M-вирус картофеля (PVM). Во многих случаях он встречался одновременно с S-вирусом картофеля (PVS). Кроме того, в двух регионах ученые зафиксировали вирус скручивания листьев картофеля (Potato leafroll virus, PLRV), который считается одним из наиболее вредоносных патогенов наряду с PVY.
Особое внимание исследователей привлекли смешанные инфекции. Они были обнаружены более чем в половине изученных образцов. Самой распространенной комбинацией стало одновременное заражение вирусами PVY и PVM — такой вариант выявили примерно в трети всех образцов.
От мониторинга к биоинженерии
Полученные данные помогут совершенствовать системы мониторинга вирусных заболеваний и разрабатывать новые методы защиты картофеля. В частности, исследователи используют полногеномные последовательности вирусов для создания биологических средств защиты на основе двуцепочечных РНК (дцРНК). Такая технология запускает в растении механизм РНК-интерференции, который способен уничтожать вирусную РНК. Кроме того, перспективным направлением остается создание устойчивых сортов с использованием технологии редактирования генома CRISPR-Cas.
«Полученные данные важны для разработки мер контроля распространения вирусов картофеля на основании мониторинга их географического распределения», — отмечают авторы исследования.
Интересный факт
По данным ученых, сегодня известно более 40 вирусов, способных заражать картофель, однако лишь девять из них наносят основной экономический ущерб мировому картофелеводству.
О том, как и когда картофель появился на Земле, расскажет другой материал Hi-Tech Mail.