Бактериальное увядание уничтожает томатные культуры по всему миру. До сих пор фермерам приходилось ждать, пока у зрелых растений образуется устойчивость к данному заболеванию. В настоящее время благодаря исследованиям образовался способ экономии времени и значительного снижения рисков для фермеров и селекционеров. Новый подход поможет прогнозировать устойчивость сортов помидора на стадии проростков, когда растения уже начинают запускать процессы метаболических химических веществ, чтобы защитить себя.

Бактериальное увядание уничтожает такие продовольственные культуры, как помидоры, картофель, бананы, имбирь и перец. Заболевание встречается во многих странах и поражает более 200 видов растений. Бактерия, вызывающая заболевание, остается в почве, семенах и растительном материале на протяжении многих лет. Она также может заразить воду и сельскохозяйственное оборудование.

В настоящее время исследователи могут анализировать устойчивость сортов к ряду угроз на стадии проростков. Ученые используют метаболомику растений и статистическое моделирование для расшифровки химической защиты растений. В сочетании с генетическими методами этот подход полезен для выявления устойчивости, которая зависит от нескольких генов.

«Когда фермеры приобретают семена, им необходимо предугадывать угрозы, с которыми придется столкнуться растениям. Например, на ферме может быть засуха и жара. Если почва уже заражена бактериями Ralstonia solanacearum, которые вызывают увядание, у фермера есть два варианта выбора. Во-первых, не сажайте зерновые культуры, которые подвержены атаке бактериального увядания. Во-вторых, выбирайте более устойчивые сорта растений. При наличии засухи, жары и бактериального увядания, фермеру нужен сорт, достаточно устойчивый ко всем трем угрозам», — отметил профессор и директор Центра исследований метаболомики растений в Йоханнесбургском университете Ян Дюбери.

По словам профессора, трудно понять, какие сорта устойчивы к бактериальному увяданию. Устойчивость к Ralstonia solanacearum является мультигенной характеристикой. Она зависит от многих генов, и они еще не совсем понятны.

Во время исследовательской работы научный сотрудник из Центра исследований метаболомики растений в Йоханнесбургском университете Дилан Зейсс изучил четыре сорта помидора, которые демонстрировали среднюю и высокую устойчивость к Ralstonia. Он взял кусочки листьев, стеблей и корней у здоровых растений каждого сорта, размял их, а затем проанализировал эту смесь на предмет химических веществ, которые помогают растениям защищать себя.

«Растения могут выработать устойчивость к угрозам, таким как бактерии, вирусы или стрессы окружающей среды. Но в отличие от животных, у них нет циркулирующих иммунных клеток для поддержки приобретенного иммунитета. Растения используют врожденную устойчивость, кодируемую их генами. Они также синтезируют различные антимикробные химические вещества для противодействия угрозам. Для каждой угрозы растение должно составлять разные химические «коктейли». Необходимый коктейль может варьироваться в зависимости от местоположения, погодных условий и других стрессов», — заявил научный сотрудник из Центра исследований метаболомики растений.

Зейсс проанализировал 41 из данных химических веществ, под названием вторичные метаболиты, в сортах томата. Он использовал жидкостную хроматографию в сочетании с масс-спектрометрией высокого разрешения, что показало, какие сорта производили метаболиты и сколько.

Затем исследователи прогнали необработанные данные через механизм статистики для проведения многомерного анализа.

Растения «замечают», что атакует их в среде. Некоторые сорта лучше замечают одновременно несколько угроз и производят все химические вещества, необходимые для самообороны.

Если сорт обладает большей устойчивостью к угрозе, он будет производить больше необходимых химических веществ. Если сорт не обладает большой устойчивостью к возникшей угрозе, он либо не производит химические вещества, либо производит их, но в гораздо меньших количествах.

Исследователи сравнили химический состав «коктейлей», которые вырабатывает растение и сопоставили его с известной устойчивостью сортов к бактериальному увяданию. В ходе данного процесса научные сотрудники обнаружили «метаболитный отпечаток» устойчивости томата к увяданию.

«В принципе, мы можем использовать этот подход для любого взаимодействия растений и патогенов. Вероятную устойчивость сорта можно прогнозировать на стадии проростков. Если культурный сорт обладает генетической способностью развивать устойчивость к угрозе, он синтезирует химические вещества, чтобы защитить себя. И мы в состоянии проверить устойчивость к заболеванию у саженцев, которым всего несколько недель. Для этого нет необходимости ждать месяцы, чтобы увидеть, являются ли зрелые растения устойчивыми», — добавил господин Дюбери.

По словам Дюбери, в будущем селекционеры смогут выбирать сорта продовольственных культур, более устойчивые к жаре, засухе, бактериям и вирусам, путем сочетания метаболомики с генной технологией.

 

*по информации из открытых источников

 

Читайте также:

В США вывели фиолетовые помидоры

Британские исследователи совершили прорыв в борьбе с болезнями растений

Австрийские и немецкие исследователи открыли альтернативу химическим удобрениям

В Китае с помощью электричества выращивают более крупные и выносливые овощи (ФОТО)