Даже с учётом современных передовых сельскохозяйственных технологий болезни растений могут наносить огромный ущерб урожаю, вызывая миллиардные потери по всему миру каждый год. Вирусы рода Begomovirus являются ярким примером такой угрозы. Эти патогены, передающиеся белокрылками, вызывают у перцев заболевание, известное как жёлтая курчавость листьев, и могут уничтожить до 100% урожая на поражённых полях в Азии, Африке и Америке.
Селекция устойчивых к begomoviruses культур
Выведение сортов растений, устойчивых к begomoviruses, долгое время было наиболее эффективным и широко используемым методом предотвращения таких масштабных потерь. Хотя этот подход обычно эффективен, у него есть серьёзные ограничения, особенно при смешанных инфекциях. Учёные успешно идентифицировали гены устойчивости к определённым видам begomovirus, но разработка защиты от сложных смесей вирусов, обычно встречающихся в сельскохозяйственных условиях, оказалась гораздо более сложной задачей.
Прорыв в исследованиях
К счастью, исследовательская группа под руководством доцента Сота Коэда из Высшей школы сельского хозяйства Университета Киндай (Япония) недавно добилась важного прорыва в решении этой проблемы. Их недавнее исследование, опубликованное в журнале Plant Disease 2 июня 2025 года, демонстрирует, как объединение двух разных генов устойчивости может обеспечить надёжную защиту даже от самых вирулентных комбинаций begomovirus.
В работе, написанной в соавторстве с г-жой Микой Оноути, г-жой Намико Мори и г-жой Надей Сиафира Похан (все из Университета Киндай), команда 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-зависимую РНК-полимеразу, помогающую растениям подавлять вирусные гены.
Используя сложные методы инокуляции, исследователи проверили растения перца, несущие эти гены, на устойчивость к одиночным вирусным инфекциям и смешанным инфекциям с высоковирулентными begomovirus из разных регионов мира.
Эксперименты показали, что, хотя отдельные гены устойчивости обеспечивали некоторую защиту, они часто оказывались бессильными перед смешанными инфекциями, особенно когда растения подвергались одновременной атаке New World begomoviruses, таких как вирус жёлтой жилки перца huasteco и вирус золотой мозаики перца. Однако когда оба гена устойчивости были объединены в их наиболее активной форме (гомозиготное состояние), полученные растения продемонстрировали замечательную устойчивость.
Результаты исследования
Тщательный анализ и дальнейшие эксперименты позволили команде глубже изучить различные механизмы устойчивости. В то время как pepy-1 показал эффективность против Old World begomoviruses, он испытывал трудности с видами из New World. Pepy-2, напротив, обеспечивал более широкую защиту.
Самое главное, их сочетание создало синергетический эффект, известный как «пирамидирование генов», который преодолел ограничения каждого гена. Это резко снизило симптомы заболевания и удерживало накопление вирусной ДНК на низком уровне, что привело к тому, что растения достигли низких показателей тяжести заболевания.
Для производителей перца это исследование даёт надежду на более стабильное производство в регионах, где болезни, вызываемые begomovirus, наносят значительный экономический ущерб.
«Наше исследование предоставляет основу для выведения сортов перца с устойчивой устойчивостью к эволюционирующим begomoviruses, заполняя критический пробел в защите сельскохозяйственных культур», — объясняет доктор Коэда. «И pepy-1, и Pepy-2 будут широко использоваться в коммерческих сортах перца в ближайшем будущем, что позволит фермерам выращивать плоды перца даже в условиях заражения begomovirus».
Этот прорыв происходит в критический момент, поскольку мировое производство перца сталкивается с растущим давлением со стороны вирусных болезней. Учитывая, что ежегодно в мире производится более 42 миллионов тонн перца, защита этой ценной культуры от разрушительных потерь имеет важное значение для продовольственной безопасности и экономической стабильности в таких крупных регионах-производителях, как Мексика, Индонезия, Турция и Индия.
Разработка устойчивых стратегий защиты от нескольких патогенов представляет собой значительный шаг вперёд в устойчивом сельском хозяйстве.
Стоит отметить, что значение этого исследования выходит за рамки перца. Техника пирамидирования генов представляет собой мощную стратегию, которую можно применить к другим растениям, сталкивающимся с вирусными патогенами. «Этот подход, который мы разработали для перца, может быть применён к другим культурам, и мы сейчас ставим перед собой эту цель в отношении других овощей», — говорит доктор Коэда.
Дальнейшие исследования в этой сложной области, несомненно, помогут нам минимизировать ущерб, наносимый вирусными болезнями растений.
Предоставлено: Университет Киндай.