Вирусы патогенные для растений
Обновлено: 23.04.2024
Обзор
Автор
Редакторы
Спонсор конкурса — дальновидная компания Thermo Fisher Scientific. Спонсор приза зрительских симпатий — фирма Helicon.
Чем болеют растения?
Для начала несколько слов о том, от чего, собственно, специалистам приходится защищать сельскохозяйственные растения. Причинами заболевания растений могут быть как факторы среды (летняя засуха или зимние морозы, недостаток питательных веществ в почве или их избыток и т.п.), так и различные паразитические организмы (бактерии, вирусы, грибы, круглые черви (нематоды) и даже другие растения).
Грибы, бесспорно, являются основными патогенами культурных растений. Известно, например, что из 162 серьёзных заболеваний в Центральной Европе 135 (83%) вызываются грибами [2]. Фитопатогенные грибы — многочисленная группа; их описано свыше 10 000 видов, различных по систематическому положению, степени паразитизма, специализации и т.д. [3]. Они широко распространены в природе и при благоприятных для их развития условиях наносят значительный урон урожаю и сельскохозяйственным продуктам при хранении. Даже самые осторожные оценки говорят об уничтожении болезнями 10–20% потенциального урожая; без контрмер масштабы этих потерь резко возросли бы [2].
Именно о проблемах диагностики болезней растений, вызываемых фитопатогенными грибами, пойдёт речь в данной статье.
Врага надо знать в лицо
Зачем же нужно, с одной стороны — обнаружение, а с другой — быстрое и точное (желательно — до вида, или даже расы) определение фитопатогенных грибов?
На данный момент самым распространённым методом борьбы с фитопатогенными грибами является обработка растений фунгицидами. Понятно, что невозможно защитить культуры от всех возможных потенциальных угроз: это и сложно, и экономически невыгодно, да и для окружающей среды далеко не полезно. Именно поэтому важно знать, желательно — своевременно, с чем именно придётся бороться. Чем раньше обнаружена болезнь, тем больше шансов, что, приняв соответствующие меры, удастся её победить. Это верно для заболеваний как человека, так и растений. Кстати, точное определение вида грибов важно ещё и в довольно неожиданной области — реставрации деревянных строений — поскольку используемые там антисептические меры также очень сильно зависят от типа поражения [4].
Кроме этого, идентификация фитопатогенных грибов необходима для изучения их таксономии и эволюции, их взаимоотношений с растениями-хозяевами, генетических основ восприимчивости и устойчивости растений, что, в конечном счете, должно помочь в разработке способов борьбы с патогенами и в селекции растений, невосприимчивых к болезням [5].
И, наконец, крайне важна сертификация зерна и посадочного материала в рамках карантинных программ. Известно, что фитопатогенные грибы могут распространяться многими путями — как естественными (с током воздуха, водой, насекомыми, животными), так и при помощи человека, перевозящего заражённые растения или их части не только между различными странами, но и между континентами. Зачастую такое перемещение приводит к неожиданному и масштабному распространению заболеваний.
Например, пузырчатая ржавчина (Cronartium ribicola) была эндемична для Альп и востока России. Этот паразит, в цикле развития предполагающий обязательную смену хозяев, обитает круглый год на пятихвойных соснах, а летом поражает листья смородины; ни в одном из исходных ареалов он не причинял серьёзного ущерба. Однако веймутова сосна, завезённая в начале XVIII века из Америки в ряд областей Европы, оказалась крайне восприимчивым хозяином для данного гриба. За счёт этого распространившаяся инфекция причинила большой вред культурам смородины и высаженным веймутовым соснам, а в 1909 году была завезена с их рассадой в Америку, где встретила многочисленных хозяев для обеих фаз развития. Здесь стали страдать, прежде всего, лесообразующие пятихвойные сосны. Поэтому, чтобы разорвать инфекционную цепь паразита с обязательной сменой хозяев, пытаются уничтожать дикорастущие виды смородины [2].
Ещё один показательный пример: возбудитель голландской болезни вяза (Ophiostoma ulmi) уже в XX столетии был занесён из континентальной Европы в Северную Америку. Начиная примерно с 1970 г., после того, как он был завезён в Великобританию, он успел уничтожить половину английских вязовых насаждений [2]. Теперь этот вид встречается и в России.
Для того чтобы избежать подобного впредь, созданы списки карантинных организмов, и при перемещении растений или их семян между странами (или даже частями одной страны) обязательно проводится их обследование.
Как только что было показано, идентификация фитопатогенных грибов крайне важна, возник вопрос — каким образом она производится?
Наиболее простой способ — это идентификация патогена по внешним признакам заболевания (симптомам), то есть по тому воздействию, которое он оказывает на поражённое растение [6]. Но здесь проблема в том, что к одним и тем же повреждениям растения-хозяина могут приводить совершенно разные микроорганизмы, отличающиеся разной устойчивостью к фунгицидам, вредоносностью и другими характеристиками. Как пример, здесь можно привести три листовые пятнистости пшеницы (рис. 1).
Рисунок 1. Листовые пятнистости пшеницы. Слева — септориоз листьев пшеницы (возбудитель — Mycosphaerella graminicola). По центру — септориоз листьев и колоса пшеницы, проявление на листьях (возбудитель — Phaeosphaeria nodorum). Справа — жёлтая пятнистость пшеницы (возбудитель — Pyrenophora triticirepentis). Обратите внимание: несмотря на то, что это разные заболевания, поражения листьев очень похожи.
Ещё одна проблема заключается в том, что далеко не все заболевания проявляются сразу же после заражения растения. Например, возбудитель пыльной головни ячменя (Ustilago nuda) обычно проникает во время цветения пшеницы в формирующуюся зерновку. Гриб не препятствует формированию зародыша, само зерно развивается нормально, ничем внешне не отличаясь от здорового. Мицелий зимует в зерновке. Весной одновременно с прорастанием семян происходит и рост мицелия, который по мере роста растения распространяется по различным его органам. Проявляется заболевание только в период колошения. При этом разрушаются все части колоса, превращаясь в чёрную споровую массу, после распыления которой остаются лишь ости и стержень колоса (рис. 2) [8].
Рисунок 2. Пыльная головня ячменя: поражённое соцветие со спорами
Стандартный для фитопатологов подход при определении фитопатогенных грибов — это выделение их в чистую культуру на какой-либо питательной среде, получение характерных образований (чаще всего это, конечно, спороношения) и затем идентификация гриба под микроскопом.
Но здесь возникают определённые трудности. Основная из них заключается в том, что далеко не все паразитические грибы возможно культивировать на искусственных питательных средах: многим требуется наличие живых тканей растения-хозяина, либо присутствие других представителей сложного сообщества [10]. Но даже если гриб удаётся выделить в культуру, следующий вопрос — это то, сколько времени понадобится, чтобы добиться от него появления спороношения. Например, возбудитель белосоломенной болезни пшеницы и ржи (Gibellina cerealis), хотя и хорошо культивируется, даёт спороношение только после четырёх–пяти недель роста. Естественно, что меры по борьбе с патогеном необходимо принимать сразу после его обнаружения, а не через месяц, когда может оказаться, что спасать уже нечего.
Рисунок 3. Сравнение конидий типовых образцов Alternaria longipes (вверху), Alternaria tenuissima (в центре), Alternaria alternata (внизу). Видно, что на основе сравнения только формы конидий этих трёх видов однозначно различить их крайне сложно. При идентификации видов в данном случае специалист использует не только форму конидий, но и другие признаки (например, способ образования конидий, их взаимное расположение и т.п.).
И даже с определением тех фитопатогенных грибов, спороношения которых получить сравнительно просто, могут возникать сложности. К примеру, идентификация многих микромицетов сопряжена с рядом трудностей, таких как сходство морфологических характеристик разных видов и одновременно внутривидовая вариабельность признаков. Несмотря на внешнее сходство, возбудители могут значительно отличаться по патогенности, токсигенности, степени специализации, генетике взаимоотношений с растением-хозяином, вредоносности, чувствительности к фунгицидам и т.д. То есть разные виды обладают совершенно разными экологическими особенностями и хозяйственной значимостью [12]. Хорошим примером здесь является определение различных видов рода Alternaria (рис. 3). Очевидно, что для идентификации до вида нужны достаточно широкие познания в данной области и немалый опыт работы с исследуемым фитопатогеном.
Ещё один способ, пригодный для обнаружения некоторых фитопатогенных грибов, заключается в смыве с субстрата, фильтрации и микроскопическом определении (и даже подсчёте, что даёт количественные данные) их спор. Чаще всего, таким способом оценивается количество грибных спор в зерне или в почве. Несмотря на то, что идентификация до вида на основании одних только спор чаще всего затруднена, этот способ широко применяется, а для анализа получаемых при помощи микроскопа изображений разрабатываются специальные компьютерные программы [14]. Например, таким образом определяют заражённость зерна возбудителем твёрдой головни (Tilletia caries) (рис. 4) [15]. Несмотря на использование компьютерных технологий, этот метод весьма трудоёмок и не подходит для исследования большого количества образцов.
Рисунок 4. Зерновки, поражённые твёрдой головнёй пшеницы
Молекулярная биология на службе фитопатолога
Во всех описанных случаях на помощь исследователям могут прийти широко развивающиеся в последнее время молекулярные методы анализа. Сейчас в основе большинства из них лежит применение ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay, иммуноферментный анализ) [11], либо ПЦР (полимеразная цепная реакция, polymerase chain reaction) [17].
Иммуноферментный анализ состоит из двух основных этапов: иммунной и ферментативной реакций. Иммунная реакция заключается в специфическом связывании характерного для данного микроорганизма антигена с диагностическим антителом. Ферментативная реакция необходима для обнаружения этого связывания. Как правило, она сопровождается изменением цвета, причём степень этого изменения может быть использована для определения количества присутствующего антигена.
Рисунок 5. Прибор CSL Pocket Diagnostic TM lateral flow immunodiagnostic kit. Растительный экстракт помещается на площадку (a), которая содержит латексные шарики, покрытые специфическими антителами; смесь мигрирует вдоль мембраны (b) к абсорбирующей поверхности (c). При этом имеющиеся в растворе целевые антигены связываются со специфичными антителами на латексных шариках. Мембрана содержит полосу антител, отличающихся необходимой специфичностью (измерительную полосу) (d) и полосу других антител, которые связываются с первыми антителами (контрольную полосу) (e). Латексные шарики, содержащие связанный антиген, задерживаются в тестовой зоне, давая видимую линию, тогда как излишние латексные шарики, которые не содержат антигена, задерживаются в контрольной зоне, показывая, что анализ работает. Наличие двух линий соответствует положительному результату (positive), наличие только одной линии (контрольной) говорит о негативном результате (negative).
Основанные на иммуноферментном анализе методы широко применяются для обнаружения вирусов (в том числе поражающих растения) и значительно реже — для идентификации грибов и бактерий. Основной причиной этого является трудность получения антител с необходимой специфичностью: строение клеточных стенок грибов и бактерий гораздо сложнее, чем вирусного капсида, к тому же может изменяться в ходе их жизненного цикла. В результате получаемые антитела могут оказаться специфичны как сразу к большой группе видов, так и исключительно к отдельным жизненным формам данных микроорганизмов. Тем не менее, основанные на ELISA методы идентификации фитопатогенных грибов всё же разрабатываются: например, существует метод идентификации спор уже упоминавшейся в данной статье твёрдой головни [19].
ПЦР — это ферментативная реакция, в результате которой происходит накопление большого количества копий какого-либо не слишком большого (чаще всего, 200–1500 пар нуклеотидов) фрагмента ДНК. Так как ДНК любого организма содержит как вариабельные (отличающиеся даже у близкородственных организмов), так и консервативные (сходные у эволюционно далёких видов) участки, возможно на основе выбора диагностического участка варьировать специфичность протекающей реакции.
Таким образом, данный метод позволяет обнаруживать последовательности нуклеиновой кислоты, специфичные для конкретного организма или группы сходных организмов и, тем самым, выявлять его (их) присутствие в анализируемой пробе. Методы, основанные на ПЦР, позволяют идентифицировать патогенные виды как в чистой культуре, так и непосредственно в растительном материале, минуя этап изоляции грибов [20]. Как пример, здесь приведены результаты ПЦР, разработанной для идентификации грибов рода Pyrenophora (рис. 6), представители которого являются возбудителями жёлтой пятнистости злаков, в частности — пшеницы (рис. 1).
Рисунок 6. Разделённые при помощи электрофореза продукты ПЦР, разработанной для идентификации грибов рода Pyrenophora. М — маркер, представляющий собой набор фрагментов ДНК известного размера, 1–10 — ДНК, выделенная из различных образцов листьев пшеницы, поражённых листовыми пятнистостями. Здесь продукт реакции (фрагмент ДНК известного размера) должен наблюдаться только в том случае, если в образце присутствует ДНК целевого организма, а именно — гриба рода Pyrenophora. В итоге видно, что растения под номерами 3–6, 8 и 9 больны жёлтой пятнистостью, а остальные — каким-либо другим внешне схожим заболеванием.
Существует достаточно много модификаций метода ПЦР, большинство из которых применяется в изучении возбудителей болезней растений. Например, RAPD и RFLP анализы используются для уточнения родственных связей между различными грибами; ПЦР, специфичная для ДНК представителей отдельных родов или видов — для идентификации фитопатогенов (в том числе — в форматах nested и multiplex); ПЦР с регистрацией в режиме реального времени (real-time PCR) — для определения количества присутствующей целевой ДНК.
Рассмотрим подробнее один из самых перспективных методов на основе ПЦР — ПЦР с регистрацией в режиме реального времени (рис. 7). В отличие от большинства других форматов ПЦР, он позволяет не только констатировать факт присутствия ДНК целевого патогена, но и измерить её количество. В качестве примера здесь приведено определение в двух образцах количества ДНК ещё одного возбудителя листовой пятнистости.
Интересно применение данного метода для анализа заражённости зерна твёрдой головнёй (рис. 4): при наличии соответствующих калибровочных графиков возможно получение результатов в виде числа спор, имеющихся в образце [7].
Ложка дёгтя в бочке мёда
Хотя преимущества и перспективы применения молекулярных методов идентификации сложно переоценить, на пути их практического использования имеется целый ряд трудностей. Несмотря на универсальность методов при конечном анализе, для их разработки и проверки требуется достаточно много времени и немалая экспериментальная база. Основной проблемой здесь является отсутствие возможности чисто теоретически оценить специфичность разрабатываемых методов.
Ну и самая большая проблема всех описанных в данной статье методов — это цена, ограничивающая их широкое применение в условиях небогатых российских хозяйств.
Несколько слов о будущем
Несмотря на все имеющиеся проблемы, молекулярные методы анализа интенсивно развиваются (о чём можно судить хотя бы по числу публикаций на соответствующие темы, которое с каждым годом становится всё больше). Старые методы постоянно совершенствуются, в то же время разрабатываются новые (например, метод биочипов [21] и секвенирование следующего поколения [22]), а цена одного анализа становится всё ниже. Поэтому можно надеяться, что не за горами то время, когда все упоминавшиеся в данной статье методики и их более совершенные аналоги действительно найдут широкое применение и облегчат жизнь фитопатологов и агрономов.
Вирусные болезни растений: топ — 10 самых опасных вирусов
Большинство вирусов ограничиваются определенным типом хозяина. Некоторые инфицируют бактерии как бактериофаги, тогда как другие простейшие грибы (миковирусы), заражающие растения. Некоторые вирусы, которые передаются между растениями-хозяевами при кормлении насекомых (переносчиков), могут размножаться как внутри своего хозяина, так и вне его.
Вирусы также вызывают много важных болезней растений и являются причиной огромных потерь в производстве и качестве урожая во всех частях света. Инфицированные растения могут проявлять ряд симптомов в зависимости от заболевания, но часто наблюдается пожелтение листьев (или целого листа, или в виде полосок или пятен), искажение листьев (например, скручивание) и / или другие искажения роста (например, задержка роста все растение, аномалии в формировании цветка или плода).
Вирусные болезни растений. Внекорневые подкормки.
Вирусные заболевания растений, Республика Перу
Вирусные болезни томата
В топ-10 вирусов входят следующие:
1) вирус мозаики табака,
2) вирус пятнистости листьев,
3) вирус скручивания листьев,
4) вирус огуречной мозаики,
5) вирус картофеля Y,
6) вирус мозаики цветной капусты,
7) вирус мозаики африканской маниоки,
8) вирус оспы сливы,
9) вирус мозаики костра
10) вирус картофеля X.
Симптомы
Разнообразие симптомов, внутренних и внешних проявлений заболевания, которые возникают в результате вирусных инфекций, образуют симптомокомплекс, это вместе с сопутствующими признаками составляет синдром заболевания.
1. Вирус мозаики табака (TOBACCO MOSAIC VIRUS)
Вирус табачной мозаики (TMV) был признан самым важным растительным вирусом в этом опросе сообщества вирусологов растений. Вирус табачной мозаики (TMV), атакует членов семейства пасленовых. К ним относятся табак, перец, картофель, помидоры, баклажаны, огурцы и петуния. Вирус распространяется через проникновение в клеточные стенки, вызванные насекомыми или другими физическими повреждениями. У него есть еще одна претензия на славу, поскольку это первый вирус, который был обнаружен с помощью электронного микроскопа.
Симптомы зависят от вида зараженного растения и условий окружающей среды. Симптомы, указывающие на наличие вируса мозаики табака:
- низкорослость;
- мозаичный рисунок из светлых и темно-зеленых (или желтых и зеленых) листьях;
- порок развития листьев или точек роста;
- желтые полосы и пятна на листьях;
- отчетливое пожелтение только вен.
Болезни TMV не могут быть диагностированы на основе одних только симптомов.
2. Вирус пятнистости листьев (TOMATO SPOTTED WILT VIRUS)
Симптомы заражения вирусом пятнистых томатов (TSWV) довольно уникальны для каждого из множества его хозяев. Сорта также будут различаться по выраженности симптомов. Распространенными проявлениями TSWV являются кольцевые пятна (желтые или коричневые кольца) или другие линии, черные полосы на черешках или стеблях, некротические пятна на листьях или отмирание на кончиках.
3. Вирус скручивания листьев (LEAF CURL VIRUS)
Зараженное растение имеет низкорослые молодые листья и побеги. Растет очень медленно, становится густым и карликовым. Край листа скатывается внутрь или вверх и довольно жесткий с желтоватым краем. Его листья более толстые, чем обычно, с кожистой текстурой. Молодые листья имеют желтоватый цвет, чашевидные, толстые и эластичные.
4. Вирус огуречной мозаики (CUCUMBER MOSAIC VIRUS)
Является растительным патогенным вирусом в семействе Bromoviridae. Этот вирус имеет репутацию самого широкого круга хозяев среди всех известных вирусов растений. Он может передаваться от растения к растению как механическим путем, так и с помощью тли и паразитическими сорняками. Инфицированные растения проявляют симптомы хлороза, задержку в росте и часто не имеют правильные плоды.
Некоторые из наиболее важных фруктов и овощей, пораженных вирусом огуречной мозаики, — это перец, бананы, помидоры и тыква.
У перца вирус вызывает немного отличающиеся симптомы, чем у других растений. Растения перца часто имеют серьезное повреждение листвы, что проявляется в виде мозаичных и некротических колец. Часто сами перцы деформируются и содержат хлоротичные кольца и пятна.
Томаты, как правило, чахлые и имеют плохо сформированные листья.
5. Вирус картофеля Y (POTATO VIRUS Y)
Первичная инфекция проявляется в виде мягкой мозаики, смятых листьев и некротических колец на поверхности клубня. Они могут быть изолированными или объединяться, чтобы покрыть весь клубень. Некроз усиливается во время хранения, и кольца могут стать затонувшими, способствуя гниению. Вторичные симптомы показывают четкую мозаику на листьях и тяжелый некроз на стеблях и венах, что приводит к опадению листьев.
6. Вирус мозаики цветной капусты (CAULIFLOWER MOSAIC VIRUS)
Многие штаммы вируса вызывают заметную мозаику и пятнистость листьев, тяжесть которых зависит от сортовой толерантности восприимчивых видов и условий окружающей среды. Растение обычно недоразвитое.
7. Вирус мозаики африканской маниоки (AFRICAN CASSAVA MOSAIC VIRUS)
Симптомы включают в себя хлоротическую мозаику и искажение листьев, а также задержку роста. Инфекция может быть побеждена растением, особенно когда происходит быстрое появление симптомов. Медленное развитие болезни обычно приводит к смерти растения.
Хотя заражающие маниоку вирусы наносят большой экономический ущерб, они способны заражать другие растения. Диапазон хозяев зависит от вида вируса, и большинство из них могут передаваться и вызывать заболевания у растений родов табачных (Nicotiana) и дурман (Datura).
8. Вирус шарки слив или оспы сливы (PLUM POX VIRUS)
9. Вирус мозаики костра (BROME MOSAIC VIRUS)
Обычно заражает Bromus inermis (костер безостый, или кострец безостый) и другие травы, встречается практически везде, где выращивается пшеница. Это также один из немногих травяных вирусов, поражающих двудольные растения, такие как соя. Вирус прежде всего заражает однодольные растения, такие как ячмень и другие в семействе Gramineae. Диагностическим видом этого заболевания является кукуруза, где у сеянцев проявляются различные симптомы этого заболевания. Симптомы похожи на большинство вирусов мозаики. Они состоят из задержки роста, поражений, мозаичных листьев и смерти растений. Эти симптомы обычно появляются примерно через 10 дней после прорастания растения-хозяина. Симптомы этого заболевания больше всего влияют на растения кукурузы и ячменя.
10. Вирус картофеля X (POTATO VIRUS X)
Является одним из наиболее распространенных вирусов картофеля. Недавно были обнаружены штаммы, которые могут вызывать некроз (мертвые пятна на листьях и в клубнях). Это потивирус, типовой член самой большой группы растительных вирусов. Он передается тлей, прилипая к ротовым частям. Вирус может быть получен от зараженного растения в течение нескольких секунд и передан здоровому растению так же быстро.
Способы передачи вируса
Вирусы могут передаваться от растения к растению несколькими способами. Некоторые из них будут включать передачу от родительского растения к потомству через генетическую структуру растений. Другими способами передачи вируса являются вегетативное размножение, прививка и почкование, передача семян и механическое распространение насекомыми и человеком.
Методы контроля
В настоящее время никакие эффективные химические вещества не будут контролировать вирусные заболевания. Поэтому санитария и использование устойчивых сортов растений является наиболее эффективным средством борьбы с вирусами растений.
Некоторые вирусы постоянно деактивируются при длительном воздействии на инфицированные ткани относительно высоких температур, например, от 20 до 30 дней при 38 градусах Цельсия. Для фруктовых садов, декоративных питомников и садоводов наилучшим способом контроля является посадка растений, которые были размножены из известных чистых от вирусов и сертифицированных источников.
В некоторых случаях, когда распространение вируса происходит медленно, потери от болезней можно уменьшить, удалив больные растения и заменив их здоровыми. Сокращение популяции переносчиков насекомых с помощью инсектицидов или с помощью других средств, таких как уничтожение растений-хозяев для насекомых, позволяет частично контролировать некоторые вирусные заболевания.
Симптомы вирусных болезней растений. По характеру проявления симптомы вирусных болезней можно разделить на 5 основных типов: 1. Угнетение роста – может выражаться в общей задержке роста всего растения (желтая карликовость картофеля), в укорачивании междоузлий (метельчатость верхушки картофеля), в угнетении роста главных побегов – при этом происходит усиленное образование боковых побегов (аспермия томата). Угнетение роста – сопутствующий симптом при большинстве вирусных заболеваний. 2. Изменение окраски – наиболее распространенный тип проявления вирусных болезней. Листья приобретают мозаичную расцветку, что вызвано чередованием светло- и темно-зеленых участков различной формы. У цветочных культур может меняться окраска цветков (пестролепестность тюльпана). 3. Деформация органов – происходит из-за неравномерного роста отдельных участков тканей листьев, плодов, цветков. 4. Локальные некрозы – обычно серого, бурого, черно-коричневого цвета, округлой и вытянутой формы, иногда с окаймлением. 5. Нарушение репродуктивных функций растений при вирусных болезнях может проявляться в виде стерильности цветков, бессемянности плодов, опадения цветков и завязей (аспермия томата, бессемянность хризантемы). Изредка симптомами вирусных болезней бывают опухоли и наросты (раневой рак клевера), уплощенность и ямчатость ветвей и стволов (борозчатость древесины яблони). При одном и том же вирусном заболевании на растении обычно проявляется несколько типов симптомов. Симптомы вирусных заболеваний могут изменяться по мере развития патологического процесса.
Распространение вирусов внутри растения. Вирусные частицы перемещаются из клетки в клетку по плазмодесмам, этим же путем транспортируются вирусные нуклеиновые кислоты. При поражении флоэмы вирусные частицы разносятся по всему растению с током питательных веществ (в основном сверху вниз), при этом происходит системное заражение растения. При цветении и плодоношении наблюдается интенсивный приток питательных веществ к генеративным органам, одновременно вирусы распространяются по растению снизу вверх. В меньшей степени возможно распространение вирусов по тканям ксилемы.
Методы диагностики вирусов и вирусных болезней. 1. Визуальная диагностика – наиболее простой, но ненадежный метод. 2. Метод индикаторных растений – основан на использовании тест-растений. Заражение осуществляют механической инокуляцией соком. 3. Серологический метод – широко распространен при диагностике вирусов. 4. Метод электронной микроскопии – дает возможность быстро получить информацию о наличии вирусных частиц в растении. С помощью электронных микроскопов в ультратонких срезах пораженных частей растений можно установить форму, строение и даже размеры вирусов. 5. Метод гель-электрофореза – основан на электрофоретическом разделении предварительно очищенных нуклеиновых кислот вируса (вироида) или его белкового компонента в полиакриламидном геле при силе тока 3 и 6 мА с последующим окрашиванием красителем зон соответственно нуклеиновых кислот или белков. При сравнении высоты полученных окрашенных линий с высотой стандартных зон определяют массу (соответственно и размеры) вирусных структур. 6. Метод ДНК–зондов – основан на принципе комплементарности нуклеиновых кислот. 7. Метод пересадки растений на другой участок прибегают для подтверждения или опровержения вирусной природы заболеваний. Список использованной литературы
1. Защита растений от болезней/под ред. В.А. Шкаликова. – М.: Колос, 2001. – 248 с.
2. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Агропромиздат, 1987. – 368 с.: ил. – (Учебники и учеб. пособия для высш.учеб.заведений).
Симптомы вирусных болезней растений – это визуальные признаки заболеваний, вызываемые фитопатогенными вирусами [1] .
Угнетение роста озимой пшеницы
Вирусы вызывают разнообразные патологические изменения в организме растений. В первую очередь – это изменения в физиологии и биохимии клеток и тканей. Накапливаясь, они проявляются во внешнем виде всего растений или его отдельных органов. Диагностические признаки вирозов растений разнообразны и зависят от многих факторов: вида растения-хозяина, вида и штамма вируса, его вирулентности и агрессивности, длительности инфекции, условий окружающей среды. Симптоматика вирозов чрезвычайно разнообразна [3] . Она является вспомогательным приемом диагностики вирусных болезней и позволяет произвести только предварительную ориентировку в их этиологии. Различают четыре основных типа симптомов вирусных заболеваний [2] .
Задержка роста
Задержка или угнетение роста – выражается в общей карликовости растений, укорочении междоузлий на верхушке побега, угнетении роста главных стеблей при усилении роста боковых побегов [3] .
Примером может служить образование розеток листьев вместо растений с колосьями при поражении злаков вирусом желтой карликовости ячменя и русской мозаики озимой пшеницы. Отмечаются вирусные заболевания, при которых наблюдается задержка роста отдельных органов, в частности – мелкоплодность вишни или гигантизм томатов [2] .
Изменение окраски
Изменение окраски – наиболее характерный тип симптоматики вирозов. К нему относятся:
Фитопатогенные вирусы – субмикроскопические инфекционные агенты, вызывающие инфекционные заболевания растений. Характеризуются малыми размерами, не наблюдаются в световом микроскопе. Полностью зависят от клетки растения-хозяина (облигатные паразиты). Имеют простое строение вирионов (нуклеиновая кислота, покрытая одним или несколькими слоями белковых молекул) [3] .
Содержание:
Морфология и структура фитовирусов
По морфологии частиц вирусы растений могут быть палочковидными, нитевидными, изомерическими (близкие к сферическим), бацилловидными или пулевидными [3] .
В состав вириона входят нуклеиновая кислота и капсид. Последний определяет форму вириона. Существует и несколько крупных вирусов, имеющих вокруг капсида внешнюю оболочку – мембрану, образующуюся на поздних стадиях формирования вириона. К таким вирусам относятся: Tomato spotted wilt virus, Winter wheat Russian mosaic virus [1] .
У вирусов палочковидной и нитевидной формы спиральный тип строения капсида, у изомерических – инкосаэдрический [1] .
Из вирусов со спиральной симметрией хорошо изучен вирус табачной мозаики. К вирусом с икосаэндрической симметрией, оболочки, которых выглядят как многогранники относятся:
- вирус желтой мозаики турнепса – имеет 180 белковых субъединиц, сгруппированных в 32 капсомера (12 пентамеров и 20 гексамеров), РНК большей частью погружена в белковую оболочку;
- вирус обыкновенной мозаики огурца, вирусмозаики костра – строение капсомера аналогично вирусу желтой мозаики турнепса;
- мозаика коровьего гороха – вирион содержит 60 белковых субъединиц двух типов: первый – субъединицы собраны в 12 пентамров, второго – в 20 тримеров [1] .
Размеры вирионов фитовирусов варьируют в значительных пределах. Каждому вирусу соответствует определенный размер частиц одного или нескольких видов. Изомерические частицы имеют диаметр от 17 нм до 75 нм. Палочковидные, нитевидные, бацилловидные – могут иметь длину от десятков до 2000 нм. Диаметр нитевидных и палочковидных вирионов – 3–10 нм, бацилловиных – от 18 до 75 нм [1] .
Вирус табачной мозаики Tobacco mosaic virus
Растение-хозяин – табак (Nicotiana tabacum) [5]
Химический состав вирусов растений
Фитопатогенные вирусы содержат нуклеиновую кислоту (РНК или ДНК), белок, ионы металлов. У некоторых отмечают присутствие до 20% липидов (бацилловидные вирусы), до 1% полиамидов (вирус желтой мозаики турнепса), ферментов типа РНК-транскриптазы (вирусы раневых опухолей клевера, вирусы некротического пожелтения салата-латук). Половину массы кристаллов вирусов и от 10% до 50% массы вирионов в суспензии составляет вода. Однако для определения состава вириона расчеты проводят по сухой массе [1] .
Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновая кислота – это длинная полимерная цепь, состоящая из нуклеотидов. В состав нуклеотида входят: азотистое основание, сахар (рибоза для РНК и дезоксирибоза для ДНК), остаток фосфорной кислоты [1] .
Последовательность оснований нуклеиновой кислоты определяет последовательность аминокислот и свойства вирусоспецифичности белков. Нуклеиновая кислота каждого вируса имеет характерную только для него последовательность и соотношение нуклеотидов [1] .
Большинство фитовирусов имеют одноцепочечную РНК (вирус табачной мозаики, X-вирус картофеля, Y-вирус картофеля). Двухцепочечная РНК зафиксирована у вируса раневых опухолей клевера, вируса карликовости риса. ДНК содержащими вирусами являются: вирус мозаики цветной капусты и вирус пожелтения жилок огурца [1] .
Содержание РНК варьирует. Для изометрических вирусов оно составляет от 15% до 45%, для палочковидных – до 5%, для бацилловидных – до 1% [1] .
РНК включает два пуриновых (аденин и гуанин) и два пиримидиновых (цитозин и урацил) основания. ДНК вместо урацила содержит тимин. Соседние нуклеотиды соединены фосфорнодиэфирными связями между 3’-атомом рибозы одного нуклеотида и 5’-углеродным атомом другого [1] .
Вирусы с одноцепочной РНК характеризуются не совпадением соотношений гуанин: цитозин и аденин: урацил. Двухцепочечные РНК и ДНК- содержащие вирусы характеризуются совпадением указанных соотношений [1] .
Существуют многокомпонентные фитовирусы вирусы или вирусы с разделенным геномом. В них РНК представлена несколькими типами с различной молекулярной массой. Отдельные представители этой группы имеют в одном из типов частиц две и более молекулы РНК с различными генами в составе. Характерно, что каждая из них в отдельности неинфекционна и вирусы реплицируются на основе обмена продуктами, кодируемыми отдельными компонентами фрагментированного генома. К многокомпанентным вирусам относятся: вирус кольцевой пятнистости табака, вирус кольцевой пятнистости малины. У них выявлено: три типа частиц у первого и два типа частиц у второго патогена [1] .
Многокомпонентные вирусы могут иметь однородные по размерам частицы с одной молекулой РНК. Однако эта молекула у разных частиц различается по молекулярной массе и запасу информации. К таким вирусам относятся: вирус мозаики коровьего гороха, вирус обыкновенной мозаики огурца, вирус мозаики костра [1] .
Описан ряд сферических, палочковидных и бациловидных вирусов с наличием различных по размерам и содержанию РНК вирионами. В частности, вирус погремковости табака имеет частицы двух типов. Вирус мозаики люцерны характеризуется наличием вирионов от почти изометрической до бацилловидной и палочковидной формы, с различными параметрами длины и ширины. Каждому типу частиц соответствует РНК определенной молекулярной массы. Различие типов РНК многокомпонентных вирусов имеет важное биологическое значение в вопросе репродукции вирусов [1] .
Белки
Белки формируют капсиды вирусов растений. По аминокислотному составу и соотношению аминокислот они не отличаются от белков бактерий, растений и животных. В белках вирусов в малых количествах содержаться цистеин, метионин, триптофан, гистидин, тирозин. Некоторые из названных аминокислот могут отсутствовать. Одновременно характерно повышенное содержание треонина и серина [1] .
Белок оболочки (капсида) состоит из одинаковых белковых субъединиц. Их молекулярная масса у различных вирусов колеблется от 10 до 80 тыс. Размер белковых молекул фитовирусов варьирует в диапазоне от 150 до 600 и более аминокислотных остатков [1] .
Читайте также: