CC BY
123
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ БИОЛОГИЯ, 2016, том 51, № 3, с. 367-375
Молекулярная фитопатология. Вирусология
УДК 633:632.8 doi: 10.15389/agrobiology.2016.3.367rus
О РАЗНООБРАЗИИ ФИТОПЛАЗМОЗОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР В РОССИИ: ПАТОГЕНЫ И ИХ ПЕРЕНОСЧИКИ
Т.Б. КАСТАЛЬЕВА1, Д.З. БОГОУТДИНОВ2, К.Д. БОТТНЕР-ПАРКЕР3, Н.В. ГИРСОВА1, И.-М. ЛИ3
В результате многолетних исследований (2006-2014 годы) фитоплазма была выделена и идентифицирована у 22 видов культурных растений, относящихся к 10 семействам (амарантовые, астровые, бобовые, виноградные, злаковые, зонтичные, капустные, розовые, пасленовые, тыквенные). Большая часть из них — травянистые растения, продовольственные, технические и кормовые культуры, в том числе овощные (томат, картофель, перец, морковь, хрен), зерновые (пшеница, ячмень), зернобобовые (нут, фасоль, бобы), бахчевые (тыква), масличные (рапс), эфиромасличные (кориандр, эстрагон), кормовые (люцерна), технические (сахарная свекла) и другие культуры. Фитоплазму также обнаружили у древесных и кустарниковых плодово-ягодных культур (груша, вишня, яблоня, малина, виноград). Образцы листьев, корнеплодов или плодов растений с симптомами фитоплазменной инфекции были собраны в шести экономических районах Российской Федерации: ЗападноСибирском, Поволжском, Северном, Северо-Кавказском, Центральном и ЦентральноЧерноземном. Суммарно в инфицированных растениях из этих шести экономических районов выявили фитоплазмы, принадлежащие к восьми группам или подгруппам: 16SrI, 16SrI-C, 16SrII, 16SrIII, 16SrVI-A, 16SrVI-C, 16SrX и 16SrXII-A. Регионы различались по набору фито-плазм и их разнообразию. Наибольшим оно было в Поволжском и Центральном экономическом районах (фитоплазмы соответственно из шести и пяти групп или подгрупп). Часть фито-плазм вызывали болезни у многих видов растений, а некоторые культуры были инфицированы разными фитоплазмами. Например, обе фитоплазмы (^БгУГ-А и №гХП-А) оказались причиной заболевания у 12 видов растений, фитоплазму 16SrIII обнаружили у шести видов культурных растений. В то же время на картофеле выявлено шесть групп или подгрупп фитоплазм. В Центральном экономическом районе на культурных растениях были примерно в равной степени представлены четыре группы и подгруппы фитоплазм: 16SrI, 16SrIII, 16SrVI-A и 16SrXII-A. В более южных районах (Поволжском, Центрально-Черноземном и Северо-Кавказском) преобладала фитоплазма подгруппы столбура (16SrXII-A). В Западно-Сибирском районе преимущественно встречалась фитоплазма подгруппы 16SrVI-A.
Ключевые слова: амарантовые, астровые, бобовые, виноградные, злаковые, зонтичные, капустные, розовые, пасленовые, тыквенные, фитоплазма, фитоплазменные болезни, таксономическая принадлежность фитоплазм, экономические районы России.
В 1926 году А.А. Ячевский описал ведьмину метлу картофеля (1). Примерно с конца 1920-х годов в Крыму стали изучать болезнь, вызывавшую одревеснение плодов у томата («столбур» — искаженное укр. стовбур, ствол; в научный оборот вошло как международный термин Stolbur для обозначения группы фитоплазм 16SrXII) (2). Несмотря на подтверждение факта, что болезнь передается через прививку больного растения на здоровое (3), долгое время заболевание связывали с абиотическими факторами. В 1945 году был обнаружен переносчик столбура пасленовых — цик-сида Hyalesthes obsoletus Sign. (4), что позволило обосновать рекомендации по борьбе с заболеванием (5). Возбудителем столбура долгие годы считался вирус, хотя его не удавалось выделить. Только в 1967 году в Японии при электронно-микроскопическом изучении срезов тканей флоэмы у растений с признаками желтух обнаружили полиморфные частицы, сходные с ми-коплазмами животных, которые по аналогии назвали микоплазмоподобными организмами (6). Они относятся к классу Mollicutes — бактерий, лишенных клеточной стенки. В 1994 году для обозначения фитопатогенных микоплазм был принят термин фитоплазмы, с 2004 года название Candidatus Phytoplasma стало употребляться в качестве наименования рода (7). Внутри рода фитоплазмы делятся на группы. Таксономическая принадлежность к группе
определяется табором фpaгментoв ДНК при рестрикции aмплифициpo-вaннoй пocледoвaтельнocти генa, кодирующего 16S-pибocoмaльнyю РНК фитoплaзмы, с помощью эндoнyклеaз рестрикции с подтверждением 97,5 % идентичности пocледoвaтельнocти ДНК этого гета внутри группы (8-11). К нacтoящемy времени все paзнooбpaзие фитoплaзм включaет более З0 групп с множеством подгрупп, и список nx постоянно yвеличивaетcя. Для xapa^ теристики штaммoвoгo cocтaвa aнaлизиpyют и другие гены — pибocoмaль-ного белга, белкa мембpaны, secY, tuf, vmp1 и пр. (12-1б).
Основные cельcкoxoзяйcтвенные культуры, ypoжaй кoтopыx в таи-большей степени cтpaдaет от фитoплaзменныx болезней в России, — это кapтoфель и тoмaт. Дaнные о pезyльтaтax изучения фигoплaзменныx болезней кapтoфеля в России в paмкax пpoекгa Mеждyнapoднoгo нayчнo-теxни-ческого ^rnpa (МНТЦ, 200б-2012 годы) oпyбликoвaны тами paнее (17). Од-нaкo круг pacтений-xoзяев фитoплaзм неoбычaйнo широк. 3a последние 25 лет, используя в ^честее мapкеpa пocледoвaтельнocть генa, кодирующего 16S-pибocoмaльнyю РНК, фитoплaзменнyю природу подтвердили для большого чиcлa зaбoлевaний pacтений, и более 1000 пocледoвaтельнocтей этого генa депoниpoвaны в GenBank (18).
Следует отметить, что до 200б гoдa в России подобные иccледoвaния не проводились, и этиология многт pacпpocтpaненныx вредоносныж зaбoле-вaний до cиx пор не установлен.
Целью нacтoящей paбoты было выявление и идентификaция фито-плaзм у paзличныx cельcкoxoзяйcтвенныx культур, определение тaкcoнo-мической пpинaдлежнocти фитoплaзм с помощью молекулярно-биологи-чеcкиx методов и изучение приуроченности этм пaтoгенoв к шести экономическим paйoнaм России, что позволит оценить возможные риски при вoзделывaнии культурньж pacтений.
Методик. Иccледoвaние проводили в 200б-2014 гoдax. Oбpaзцaми служили листья, плоды, цветки или корнеплоды pacтений с cимптoмaми фитoплaзменнoй инфекции (пoкpacнение, пожелтение, побеление, скру-чивaние и морщинистость листьев, пpoлифеpaция побегов, видоизменение и виресценция цветков, бopoдaтocть и paзмягчение корнеплодов, видоизменение плодов), coбpaнные в шести экономически paйoнax Российской Федеpaции (3aпaднo-Cибиpcкий, Поволжский, Северный, Северо-^вгаз-ский, Центpaльный и Центpaльнo-Чеpнoземный). Кроме того, фитoплaзмы выявляли в нacекoмыx-пеpенocчикax oтpядa Hemiptera, который oтлaвли-вaли нa cтaциoнapныx yчacткax в Московской и Caмapcкoй oблacтяx.
Oбpaзцы pacтительнoгo мaтеpиaлa (0,5 г), зaмopoженные при -20 "С, pacтиpaли в фapфopoвoй ступке с З мл CTAB-бyфеpa. ДНК выделяли, используя коммерческий табор DNeasy Plant Mini Kit («Qiagen N.V.», Геpмa-ния) в соответствии с инструкцией производителя. Для выявления фитoплaзм в двyxpayндoвoй, или гнездовой, ПЦР (nested PCR) иcпoльзoвaли пapы ^a^ меров: P1/16S-SR для первой aмплификaции (19) и R1бF2n/R1бR2 — для второй (20). В aвтoмaтичеcкoм режиме проводили З5 циклов ПЦР в сле-дующ^ ycлoвияx: денaтypaция при 94 "С 1 мин, отжиг при 55 "С 2 мин, синтез продукта при 72 "С З мин (7 мин — та зaключительнoм этaпе цик-лa). Рaзбaвленный ПЦР-продукт первой aмплификaции (1,8 т.п.н.) ис-пoльзoвaли в гачестве мaтpицы во второй (вложенной) ПЦР. Для иденти-фикaции пpинaдлежнocти фитoплaзм к группе (подгруппе) продукты, полученные после проведения вложенной ПЦР oбpaбaтывaли эндoнyклеaзaми рестрикции AluI, MseI, Hhal, HpalI и TaqI (гаждой отдельно) в соответствии с инструкцией производителя («Fermentas», ËHraa). Фpaгменты ДНК, полученные в pезyльтaте рестрикции, paзделяли электрофорезом в 5 %
ПААГ. Полученные RFLP-профили (restriction fragment length polymorphism) сравнивали с опубликованными реальными или виртуальными рестрикци-онными картами (9, 11).
Суммарную нуклеиновую кислоту насекомых экстрагировали из особей индивидуально согласно рекомендациям (21). ПЦР проводили по методике, описанной выше.
Результаты. Фитоплазмы, выделенные при региональных обследованиях из разных видов растений и идентифицированные по принадлежности к таксономической группе или подгруппе с использованием ПЦР и анализа полиформизма длины рестрикционных фрагментов, представлены в таблице 1 (систематизированы по экономическим регионам, далее по принадлежности к группе и к семейству).
1. Таксономическая принадлежность фитоплазм, идентифицированных у культурных растений из разных экономических районов России (полевые обследования, 2006-2014 годы)
Семейство растений Вид растения Группа и подгруппа фитоплазм
Западно-Сибирский район
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrIII
Brassicaceae Brassica napus L. (рапс яровой) 16SrVI-A
Fabaceae Cicer arietinum L. (горох бараний, нут) 16SrVI-A
Fabaceae Medicago sativa L. (люцерна посевная) 16SrVI-A
Fabaceae Phaseolus vulgaris L. (фасоль обыкновенная) 16SrVI-A
Fabaceae Vicia faba L. (боб садовый) 16SrVI-A
Solanaceae Solanum tuberosum L (картофель) 16SrVI-A
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrVI-C
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrXII-A
Поволжский район
Poaceae Hordeum vulgare L. (ячмень обыкновенный) 16SrI
Poaceae Triticum aestivum L. (пшеница мягкая) 16SrI-C
Rosaceae Prunus subg. Cerasus (Mill.) A. Gray (вишня обыкновенная) 16SrI
Rosaceae Rubus idaeus L. (малина обыкновенная) 16SrIII
Solanaceae Capsicum annuum L. (перец сладкий) 16SrIII
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrIII
Cucurbitaceae Cucurbita реро L. (тыква обыкновенная) 16SrVI-A
Solanaceae Solanum lycopersicum L. (томат обыкновенный) 16SrVI-A
Rosaceae Pyrus communis L. (P domestica Medik.) (груша домашняя) 16SrX
Apiaceae Armoracia rusticana G. Gaertn., B. Mey. & Scherb (хрен обыкновенный) 16SrXII-A
Apiaceae Daucus carota subsp. sativus (Hoffm.) Arcang (морковь культурная) 16SrXII-A
Fabaceae Medicago sativa L. (люцерна посевная) 16SrXII-A
Rosaceae Malus domestica Borkh. (яблоня домашняя) 16SrXII-A
Rosaceae Prunus subg. Cerasus (Mill.) A. Gray (вишня обыкновенная) 16SrXII-A
Rosaceae Pyrus communis L. (P domestica Medik.) (груша домашняя) 16SrXII-A
Solanaceae Capsicum annuum L. (перец сладкий) 16SrXII-A
Solanaceae Solanum lycopersicum L. (томат обыкновенный) 16SrXII-A
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrXII-A
Vitaceae Vitis vinifera L. (виноград) 16SrXII-A
Северный район
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrI
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrII
Fabaceae Medicago sativa L. (люцерна посевная) 16SrIII
Fabaceae Vicia faba L. (боб садовый) 16SrIII
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrXII-A
Северо-Кавказский район
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrIII
Apiaceae Daucus carota subsp. sativus (Hoffm.) Arcang (морковь культурная) 16SrXII-A
Solanaceae Capsicum annuum L. (перец сладкий) 16SrXII-A
Solanaceae Solanum lycopersicum L. (томат обыкновенный) 16SrXII-A
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrXII-A
Центрально-Черноземный район
Amaranthaceae Beta vulgaris L. subsp. vulgaris (сахарная свекла) 16SrI
Amaranthaceae Beta vulgaris L. subsp. vulgaris (сахарная свекла) 16SrXII-A
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrXII-A
Центральный район
Asteraceae Artemisia dracunculus L. (полынь эстрагонная, тархун) 16SrI-C
Apiaceae Coriöndrum sötivum L. (кориандр посевной) 16SrI
Solanaceae Capsicum annuum L. (перец сладкий) 16SrI
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrI
Продолжение таблицы 1
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrII
Fabaceae Cicer arietinum L. (горох бараний, нут) 16SrIII
Rosaceae Fragaria x ananassa (Duchesne ex Weston) Duchesne ex Rozier
(земляника ананасная) 16SrIII
Rosaceae Rubus idaeus L. (малина обыкновенная) 16SrIII
Solanaceae Capsicum annuum L. (перец сладкий) 16SrIII
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrIII
Apiaceae Daucus carota subsp. sativus (Hoffm.) Arcang (Морковь культурная) 16SrVI-A
Asteraceae Artemisia dracunculus L. (полынь эстрагонная) 16SrVI-A
Rosaceae Rubus idaeus L. (малина обыкновенная) 16SrVI-A
Solanaceae Capsicum annuum L. (перец сладкий) 16SrVI-A
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrVI-A
Apiaceae Coriöndrum sötivum L. (кориандр посевной) 16SrXII-A
Solanaceae Solanum tuberosum L. (картофель) 16SrXII-A
В Западной Сибири (Новосибирская обл.) образцы, инфицированные фитоплазмой из группы 16БгУ1 (подгруппы 168гУ1-Л, которую называют «подгруппа пролиферации клевера»), были обнаружены среди представителей семейства ГаЬасеае, Втаввюасеае и Бо1апасеае. На растениях картофеля в этом районе также выявили фитоплазмы из групп 168гШ (X-болезни), 168гХП (подгруппа 168гХП-Л — инфекционный агент столбура пасленовых) и подгруппой 16БгУ1-С, которая на картофеле обнаружена впервые (17). То есть здесь фитоплазмы картофеля оказались таксономи-чески более разнообразными.
Видовой состав инфицированных фитоплазмой культурных растений в Поволжье был значительно богаче и включал 14 видов, принадлежащих к 7 семействам. Более разнообразными по таксономической принадлежности оказались и выделенные фитоплазмы, включавшие представителей пяти групп, среди которых превалировал столбур (фитоплазма подгруппы 168гХП-Л). Фитоплазму группы столбура выявили у 10 видов культурных растений. В 2008 году столбур идентифицировали в 18 образцах томатов из Астраханской области. В Самарской области наряду с виноградом, пасленовыми (картофель, томат, перец), люцерной, хреном и морковью столбуром были поражены плодовые деревья — яблоня, вишня и груша. На груше обнаружили и другую фитоплазму, принадлежащую к группе 16БгХ. Вызываемая этим патогеном болезнь — усыхание груши. Некоторые образцы картофеля и перца инфицировала фитоплазма из группы 168гШ, ту же фитоплазму обнаружили на малине. Фитоплазмой из группы 16Бг1 были инфицированы ячмень, пшеница и вишня.
Образцы из Северо-Кавказского экономического района включали томаты и перцы из Ростовской области, картофель и томаты из Краснодарского и Ставропольского краев и морковь из Ростовской области. Все образцы были инфицированы столбуром (фитоплазма подгруппы 168гХП-Л), за исключением картофеля, где наряду с пораженными столбуром выявлялись образцы, инфицированные фитоплазмой группы 168гШ.
В Центрально-Черноземном районе из Тамбовской и Липецкой областей были получены образцы картофеля, инфицированные фитоплаз-мой 168гХП-Л, а из Воронежской и Белгородской областей — растения сахарной свеклы с симптомами болезни неясной этиологии. Все образцы сахарной свеклы из Воронежской области и часть анализируемого материала из Белгородской инфицировала фитоплазма группы столбура (рис., з), другая часть белгородских образцов содержала фитоплазму 16Бг1.
Несмотря на малое число и видовое однообразие проверенных образцов из Северного экономического района (картофель и 2 вида бобовых), из них выделили фитоплазмы, принадлежащие к четырем разным группам, причем три (16Бг1, очень редко встречающаяся в России группа
168гП и подгруппа 168гХП-Л) выявили на картофеле. Бобовые инфицировала фитоплазма группы 168гШ.
В Центральном экономическом районе не было такого разнообразия видов культурных растений, инфицированных фитоплазмами, как в Поволжье, но выделенные фитоплазмы оказались не менее разнообразными. Симптомы инфицированных растений из этого региона иллюстрирует рисунок (см. а-ж). Фитоплазмы групп 168г1, 168гШ и 168гУ1 встречались в этом районе примерно с одинаковой частотой, несколько реже регистрировали фитоплазму группы столбура. Фитоплазма 168гП, как и в Северном экономическом районе, была обнаружена единожды лишь в 2009 году в двух образцах растений картофеля.
Растения из Центрального региона России, инфицированные фитоплазмами из разных таксономических групп и подгрупп: а — Capsicum annuum (перец, плод), б — перец (листья), в — Fragaria ananassa (земляника), г — Cicer arietinum (нут), д — Vicia faba (боб садовый) (а-д — группа 1бБгШ); е — Artemisia dracunculus (полынь эстрагонная) (слева — здоровое, справа — инфицированное растение), ж — Solanum tuberosum (картофель) (подгруппа tóSrI-C); з — Beta vulgaris (сахарная свекла, лист) (группа столбура tóSrXII) (полевые обследования, 200б-2012 годы).
Разнообразие и доминирование тех или иных групп фитоплазм определяются разнообразием и доминированием видов переносчиков, чему способствуют условия, благоприятные для их обитания. Так, в 1974 году северная граница распространения столбура пасленовых проходила примерно по 52 параллели, то есть южнее Самарской области, что, вероятно, связано с ареалом вьюнковой циксиды (22). В дальнейшем в центральной зоне Самарской области выявили другой вид переносчика столбура, также относящийся к семейству циксид, — Pentastiridius leporinus L. (23).
В 2011 и в 2012 годах в Самарской области были отловлены насекомые отряда Hemiptera — потенциальные переносчики фитоплазм и определена таксономическая принадлежность последних (табл. 2). В 2011 году 17,1 % проверенных возможных переносчиков были вирофорными, в 2012 году — 10,4 %, при этом из пяти выделенных фитоплазм удалось идентифицировать только одну — у циксиды H. obsoletus Sign. (подруппа ^SrXII-A). У носатки Dictyophara europaea в 2011 году обнаружили фитоплазму группы ^SrIX, что требует уточнения, поскольку растения, инфицированные
такой фитоплазмой, при обследовании не встречались. Для остальных цикадовых количество ПЦР-продуктов было недостаточным для RFLP-ана-лиза. В целом половина фитоплазм, выявленных у насекомых за 2 года, принадлежала к группе столбура, шесть из них были обнаружены у H. ob-soletus Sign., три — у Pentastiridius leporinus L. (оба вида принадлежат к семейству Cixiidae).
2. Наличие и таксономическая принадлежность фитоплазм, выявленных у насекомых отряда Hemiptera (полевые обследования, Самарская обл., 2011-2012 годы)
Вид цикадовых Семейство Число особей, экз. Группа, подгруппа фитоплазм
отловлено | проверено | инфицировано
2011 год
Dictyophara europaea L. Dictyopharidae 12 12 2 16SrIX
Empoasca pteridis Dahlbon Cicadellidae 82 20 0
Euscelis obsoletus Kbm. Cicadellidae 3 3 0
Hyalesthes obsoletus Sign. Cixiidae 17 8 5 16SrXII-A
Pentastiridius leporinus L. Cixiidae 25 11 3 16SrXII-A
Psammotettix stratus L. Cicadellidae 22 22 3 16SrIII
Всего 161 76 13 (17,1 %)
2012 год
Dictyophara europaea L. Dictyopharidae 8 4 1 Не идентифицирована
Empoasca pteridis Dahlbon Cicadellidae 17 15 0
Euscelis obsoletus Kbm. Cicadellidae 11 8 0
Hyalesthes obsoletus Sign. Cixiidae 11 3 1 16SrXII-A
Kelisia guttula Germ. Delphacidae 43 2 0
Laodelphax striatella Fallen Delphacidae 5 2 0
Macrosteles laevis Rib. Cicadellidae 10 7 1 Не идентифицирована
Pentastiridius leporinus L. Cixiidae 2 2 0
Psammotettix striatus L. Cicadellidae 113 5 2 Не идентифицирована
Всего 220 48 5 (10,4 %)
Доля вирофорных насекомых в Московской области была ниже, чем в Самарской: 5,5 % в 2011 году и 1,8 % в 2012 при больших выборках (соответственно 128 и 276 особей) и значительных видовых различиях (17, 24).
До 2010 года в Самарской области поражение картофеля и томатов столбуром редко превышало 20-30 % (23) и было обусловлено распространением корневой циксиды Ре^авИпсИив Iероппив Ь. После острозасушливого 2010 года в агроценозах центральной зоны Самарской области благоприятные условия для обитания нашла вьюнковая циксида, которая теперь регулярно выявляется (вероятно, из-за потепления личинки успешно перезимовывают). В период с 2011 по 2014 год ежегодно наблюдались эпифито-тии столбура пасленовых, и во многих районах Самарской области прекращены традиционные массовые посадки картофеля частными лицами.
Наряду с фитоплазмозами картофеля и томатов, которые в России вызывают наибольшую озабоченность, появляются угрозы поражения и других культур. Так, в Центральном, Поволжском и Северо-Кавказском экономических районах возникала проблема поражения моркови. В 2007 году из Ростовской области были доставлены образцы моркови сорта Каскад с симптомами краснолистности и мягкости корнеплода. У них были выявлены фитоплазмы из группы столбура (168гХП). В 2009 году фитоплазму подгруппы 168гУ1-Л обнаружили на моркови из Московской области (растениях с симптомами скручивания, покраснения и пожелтения листьев, боро-датости плодов), в 2012 году фитоплазму из группы столбура выявили в Поволжском экономическом районе (Самарская обл.) у моркови, имевшей хло-ротичные листья с краевым окрашиванием и мочковатые корни.
В США встречаются два вида фитоплазменных болезней зонтичных, в частности моркови, вызываемые генетически разными фитоплаз-мами. Наиболее характерен возбудитель из группы 16Бг1 (25), реже встречается фитоплазма подгруппы 16БгУ1-А (26). В Сербии на моркови преоб-
ладала фитоплазма, принадлежащая к группе 16SrI, но также встречалась фитоплазма подгруппы 16SrXII-A (27). В России в районах выращивания сахарной свеклы также встречаются фитоплазменные болезни, которые часто относят к болезням неизвестной этиологии. Не менее опасны фито-плазмозы плодовых деревьев и винограда, широко распространенные в европейских странах (28, 29) и уже появившиеся в России. На винограде опасное заболевание Bois noir (почернение древесины) вызывает Candida-tus Phytoplasma solani (подгруппа столбура 16SrXII-A). Интересно, что в Крыму, где впервые в бывшем СССР был обнаружен столбур на томатах, до 2012 года на винограде не регистрировали болезнь, вызываемую тем же патогенном, но с 2012 года она ежегодно обнаруживается на участках, засаженных в 2005-2011 годах импортным посадочным материалом, полученным из разных европейских стран (30). Последнее обстоятельство не только диктует необходимость производить мониторинг фитоплазменных болезней с использованием молекулярных методов для своевременного обнаружения групп и подгрупп фитоплазм, ранее не встречавшихся на территории Российской Федерации, но и указывает на желательность определения их принадлежности к конкретному биотипу, анализируя набор генов (включая гены 16S-рРHK).
Таким образом, в шести экономических регионах России фитоплазмы были выявлены у 22 видов возделываемых растений, принадлежащих к 10 ботаническим семействам (зерновые, зернобобовые, масличные, кормовые, овощные, зеленные, корнеплоды, технические, плодовые и ягодные культуры). Обнаруженные в растениях фитоплазмы принадлежали к шести таксономическим группам: 16SrI, 16SrII, 16SrIII, 16SrVI, 16SrX и 16SrXII. Разнообразие фитоплазм в Северном и Центральном экономических регионах примерно сходно: в Северном — группы 16SrI, 16SrII, 16SrIII и 16SrXII, в Центральном — также группа 16SrVI. В Западной Сибири фитоплазма подгруппы 16SrVI-A из группы 16SrVI, встречавшаяся и в других российских регионах, преобладала, но была также зарегистрирована фитоплазма подгруппы 16SrVI-Q В Воронежской, Белгородской, Самарской, Ростовской областях и Краснодарском крае превалировала фитоплазма 16SrXII, но встречались и фитоплазмы, принадлежащие к группам 16SrI и 16SrIII. В Самарской области на груше обнаружена фитоплазма 16SrX. В Самарской области в 2011-2012 годах при обследовании насекомых из отряда Hemiptera (возможные переносчики фитоплазм) выявили пять видов носителей инфекции: Dictyophara europaea, Hyalesthes obsoletus, Macrosteles laevis, Pentastiridius leporinus и Psammotettix striatus. Цикадка Psammotettix striatus была инфицирована фитоплазмой из группы 16SrIII, циксиды Hyalesthes obsoletus и Pentastiridius leporinus оказались носителями фитоплазмы 16SrXII-A (группа столбура). Отнесение фитоплазмы, обнаруженной у носатки Dictyophara europaea, к группе 16SrIX требует уточнения, поскольку у растений мы такую фитоплазму не выявили.
ЛИТЕРAТУРA
1. Ячевский A.A. Ведьмины метлы картофеля. Материалы по микологии и фитопатологии, 1926, 5(2): 1-12.
2. Корачевский И.К. Вирусные болезни томата в Крыму. В сб.: Вирусные болезни в Крыму и на Украине /Под ред. В.Л. Рыжкова. Симферополь, 1934: 39-58.
3. Рыжков В.Л., Корачевский И.К. Вирусные болезни помидоров в опытах по искусственному заражению. В сб.: Вирусные болезни в Крыму и на Украине /Под ред. В.Л. Рыжкова. Симферополь, 1934: 7-30.
4. Сухов К.С., Вов к A.M. Цикадка Hyalesthes obsoletus Sign., переносчик столбура пасленовых. Доклады AH СССР, 1946, 53(2): 153-156.
5. Сухов К.С., Вовк A.M., Кривин Б.Г. Указания по борьбе со столбуром томатов. В сб.: Методические указания по борьбе с вирусными болезнями сельскохозяйственных растений. М., 1959: 34-37.
6. Doi Y., Teranaka M., Yora K., Asuyama H. Mycoplasma or PLT group-like microorganisms found in the phloem elements of plants infected with mulberry dwarf, potato witches' broom, aster yellows or pawlonia witches' broom. Annals of Phytopathological Society Japan, 1967, 33: 259-266.
7. IRPCM and Phytoplasma/Spiroplasma Working Team — Phytoplasma Taxonomy Group. «Candidates Phytoplasma», a taxon for the wall-less, non-helical prokaryotes that colonize plant phloem and insects. Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 2004, 54: 1243-1255 (doi: 10.1099/ijs.0.02854-0).
8. Lee I.-M., Hammond R.W., Davis R.E., Gundersen D.E. Universal amplification and analysis of pathogen 16S rDNA for classification and identification of mycoplasma-like organisms. Phytopathology, 1993, 83: 834-842.
9. Lee I.-M., G u n de r s e n-R i nd al D.E., Davis R.E., Bartoszyk I.M. Revised classification scheme of phytoplasmas based on RFLP analyses of 16S rRNA and ribosomal protein gene sequences. Int. J. Syst. Bacteriol., 1998, 48: 1153-1169 (doi: 10.1146/annurev.micro.54.1.221).
10. Lee I.-M., Davis R.E., Gundersen- Rindal D.E. Phytoplasma: phytopathogenic mollicutes. Annu. Rev. Microbiol., 2000, 54: 221-555 (doi: 10.1146/annurev.micro.54.1.221).
11. Wei W., Davis R.E., Lee I.-M., Zhao Y. Computer-simulated RFLP analysis of 16S rRNA genes: identification of ten new phytoplasma groups. Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 2007, 57: 1855-1867.
12. Marc one C., Lee I.-M., Davis R.E., Ragozzino A., Seemuller E. Classification of aster yellows-group phytoplasmas based on combined analysies of rRNA and tuf gene sequences. Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 2000, 50: 1703-1713.
13. Martini M., Lee I.-M., Bottner K.D., Zhao Y., Botti S., Bertaccini A., Harrison N.A., Carraro L., Marcone C., Khan A.J., O s l e r R. Ribosomal protein gene-based phylogeny for finer differentiation and classification of phytoplasmas. Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 2007, 57: 2037-2051 (doi: 10.1099/ijs.0.65013-0).
14. Cimerman A., P a c i f i c o D., Salar P., Marzachм C., Foissac X. Striking diversity of vmp1, a variable gene encoding a putative membrane protein of the Stolbur Phytoplasma. Appl. Environ. Microbiol., 2009, 75: 2951-2957 (doi: 10.1128/aem.02613-08).
15. Lee I.-M., Zhao Y., Bottner K.D. SecYgene sequence analysis for finer differentiation of diverse strains in the aster yellows phytoplasma group. Mol. Cell Probes, 2006, 20: 87-91.
16. Lee I.-M., Bottner-Parker K.D., Zhao Y., Davis R.E., Harrison N.A. Phy-logenetic analysis and delineation of phytoplasmas based on secY gen sequences. Int. J. Syst. Evol. Microbiol., 2010, 60: 2887-2897 (doi: 10.1099/ijs.0.019695-0).
17. Girsova N.V., Bottner-Parker K.D., Bogoutdinov D.Z., Meshkov Y.I., Mozhaeva K.A., Kastalyeva T.B., Lee I.-M. Diverse phytoplasmas associated with potato stolbur and other related potato diseases in Russia. Eur. J. Plant Pathol., 2016, 145: 139153 (doi: 10.1007/s10658-015-0824-3).
18. Bertacchini A., Duduk B., Paltrinieri S., Contaldo N. Phytoplasmas and phytoplasma diseases: a severe threat to agriculture. Am. J. Plant Sci., 2014, 5: 1763-1788 (doi: 10.4236/ajps.2014.512191).
19. Deng S., H iruki C. Amplification of 16S rRNA genes from culturable and non-culturable mollicutes. J. Microbiol. Meth., 1991, 14: 53-61.
20. Gundersen D.E., Lee I.-M. Ultrasensitive detection of phytoplasmas by nested-PCR assays using two universal primer pairs. Phytopathologia Mediterranea, 1996, 35: 144-151.
21. Tanne E., B o u d o n-P a d i e u E., Clair D., Davidovich M., Melamed S., M e i r K. Detection of phytoplasma by polymerase chain reaction of insect feeding medium and its use in determining vectoring ability. Phytopathology, 2001, 91: 741-746.
22. Проценко A.E. Ареалы вирусов растений и фитопатогенных микоплазм в связи с мерами борьбы с ними. В c6.: Труды ВИЗР /Под ред. Ю.И. Власова. Л., 1974. Т. 41: 7-12.
23. Богоутдинов Д.З. Особенности циркуляции возбудителя столбура пасленовых на севере его ареала. Доклады РАСХН, 2002, 6: 22-23.
24. Гирсова Н.В., Кастальева Т.Б., Мешков Ю.И., Можаева К.А., Богоутдинов Д.З. Фитоплазмозы бобовых растений. Известия ТСХА, 2015, 2: 58-72.
25. Lee I.-M., Martini M., Bottner K.D., Dane R.A., Black M.C., Troxclair N. Ecological implications from a molecular analysis of phytoplasma involeved in an aster yellows epidemic in various crops in Taxas. Phytopathology, 2003, 93: 1368-1377 (doi: 10.1094/PHYT0.2003.93.11.1368).
26. Shaw M.E., Kirkpatrick B.C., Davis R.M., Golino D.A. The beet leafhopper transmitted virescence agent causes a premature flowering and virescence disease of carrots (Abstr.). Phytopatology, 1990, 80: 1072.
27. Duduk B., Peric P., Marcic D., Drobnjakovic T., Picciau L., Alma F., B e r t a c c i n i A. Phytoplasma in carrots: disease and potential vectors in Serbia. Bulletin of Insectology, 2008, 61(2): 327-331.
28. Marcone C., Jarausch B., Jarausch W. Candidatus Phytoplasma prunorum, the
causal agent of European stone fruit yellows: an overview. J. Plant Pathol., 2010, 92(1): 19-34.
29. Mori N., Pavan F., Bondavalli R., Reggiani N., Paltrinieri S., Bertac-c i n i A. Factors affecting the spread of «Bois Noir» disease in North Italy vineyards. Vitis, 2008, 47: 65-72.
30. Алейникова H.B., Родионовская Я.Э. Интродуцированный посадочный материал — источник фитоплазменной инфекции на виноградниках Крыма. Защита и карантин растений, 2015, 9: 31-33.
1ФГБНУ Всероссийский НИИ фитопатологии, Поступила в редакцию
143050 Россия, Московская обл., Одинцовский р-н, 2 февраля 2016года
пос. Большие Вяземы, ул. Институт, вл. 5, e-mail: [email protected];
2ФГБУ ВПО Самарская государственная сельскохозяйственная академия, 446442 Россия, Самарская обл., г. Кинель, пос. Усть-Кинельский, ул. Учебная, 2, e-mail: [email protected];
3Beltsville Agricultural Research Center, USDA/ARS, Bldg. 004, 10300 Baltimore Avenue, Beltsville, Md 20705, USA, e-mail: [email protected]
Sel'skokhozyaistvennaya biologiya [Agricultural Biology], 2016, V. 51, № 3, pp. 367-375
DIVERSE PHYTOPLASMAS ASSOCIATED WITH DISEASES IN VARIOUS CROPS IN RUSSIA — PATHOGENS AND VECTORS
T.B. Kastal'eva1 , D.Z. Bogoutdinov2, K.D. Bottner-Parker3, N. V. Girsova1, I. -M. Lee3
Al-Russian Research Institute of Phytopathology, Federal Agency of Scientific Organizations, 5, ul. Institute, pos. Bol'shie Vyazemy, Odintsovskii Region, Moscow Province, 143050 Russia, e-mail [email protected];
2Samara State Agricultural Academy, 2, ul. Uchebnaya, pos. Ust'-Kinel'skii, Kinal', 446442 Russia, e-mail [email protected];
3Beltsville Agricultural Research Center, USDA/ARS, Bldg. 004, 10300 Baltimore Avenue, Beltsville, Md 20705, USA, e-mail [email protected]
Received February 2, 2016 doi: 10.15389/agrobiology.2016.3.367eng
Abstract
Over a long-term survey (2006-2014), we detected that at least 22 species of cultivated plants from 10 families (Amaranthaceae, Apiaceae, Asteraceae, Brassicaceae, Cucurbitaceae, Fa-baceae, Vitaceae, Poaceae, Rosaceae, Solanaceae) were infected with phytoplasma. Most of the plant species are herbaceous plants used as food, commercial, and forage crops, including vegetables (tomato Solanum lycopersicum, potato Solanum tuberosum, pepper Capsicum annuum, carrots Daucus carota, horseradish Armoracia rusticana), cereals (wheat Triticum aestivum, barley Hordeum vul-gare), legumes (chickpeas Cicer arietinum, kidney beans Phaseolus vulgaris, beans Vicia faba), gourds (gourd Cucurbita pеро), oilseeds (rapeseed Brassica napus), essential oil (coriander Corian-drum sativum, tarragon Artemisia dracunculus), fodder (alfalfa Medicago sativa) and commercial (sugar beet Beta vulgaris) crops. Phytoplasma was also detected in fruit trees and shrubs (pear Pyrus communis, cherry Prunus subg. Cerasus, apple Malus domestica, raspberry Rubus idaeus, grapes Vitis vinifera). Leaves, roots, or fruits of infected plants with characteristic symptoms of phytoplasma infection were collected in six economic regions of the Russian Federation including Western Siberia, Volga, Northern, North Caucasus, Central and Central-Black Soil region. In total, phyto-plasmas belonging to eight groups or subgroups, i.e. 16SrI, 16SrI-C, 16SrII, 16SrIII, 16SrVI-A, 16SrVI-C, 16SrX, and 16SrXII-A, were found in infected plants in these six economic regions. Phytoplasma diversity differed in each region. The most diverse phytoplasma populations were found in the Volga and Central regions, which contained six and five phytoplasma groups or subgroups, respectively. Some phytoplasmas caused disease in multiple plant species, while certain crops were infected by multiple phytoplasmas. For example, both 16SrVI-A and 16SrXII-A caused diseases in 12 plant species, 16SrI caused disease in seven species, and 16SrIII caused disease in six ones, while potato was infected by six phytoplasma groups or subgroups. In general, there were
4 phytoplasma groups/subgroups: 16SrIII, 16SrVI 16SrI-A and 16SrXII-A almost equally represented in cultural plants in the Central Economic Region. In more southern areas, such as Volga, Central Black Earth and North-Caucasian, the stolbur subgroup (16SrXII-A) phytoplasma dominated. Phytoplasma subgroup 16SrVI-A occurred predominantly in the Western Siberia Region.
Keywords: Amaranthaceae, Apiaceae, Asteraceae, Brassicaceae, Cucurbitaceae, Fabaceae, Vitaceae, Poaceae, Rosaceae, Solanaceae, phytoplasma, phytoplasma diseases, phytoplasma groups 16SrI, 16SrII, 16SrIII, 16SrVI, 16SrX, 16SrXII, economic regions of Russia.
