Бактериальные патогены картофеля рода Dickeya: мини-обзор по систематике и этиологии заболеваний

В последние годы в Российской Федерации отмечают значительные изменения видового состава возбудителей бактериозов растений и усиление их вредоносности. В первую очередь это связано с завозом в страну зараженного посевного и посадочного материала, во вторую — с климатическими изменениями, благоприятными для развития бактериозов, перезимовки патогенов и их переносчиков (насекомых, клещей и нематод), в третью — с отсутствием химических препаратов, имеющих значимое бактерицидное действие (1). Недостаточная информированность о разнообразии этих патогенов часто не позволяет оценить возможный ущерб от болезней и выбрать правильную стратегию для подбора защитных мероприятий.

Мы провели анализ доступной информации о распространении,

Изучение патогенных свойств бактерий поддержано программой «Картофелеводство», их молекулярногенетическая характеристика — проектом РНФ ¹ 14-26-00094П.

вредоносности и генетическом разнообразии новых возбудителей бактериозов картофеля рода Dickeya, представляющей интерес для разработки методов диагностики и борьбы с этими фитопатогенами.

Возбудители черной ножки и мокрой гнили принадлежат к группе пектолитических энтеробактерий, включающей виды рода Pectobacterium (ранее Erwinia ). В комплекс видов P. carotovorum входят подвиды P. caroto-vorum subsp. actinidiae , P. carotovorum subsp. brasiliense , P. carotovorum subsp. carotovorum и P. carotovorum subsp. odoriferum. От P. carotovorum обособлены P. atrosepticum , P. betavasculorum и P. wasabiae . Некоторые новые виды были описаны для определенных растений-хозяев: P. aroidearum , P. cacticida , P. par-mentieri (2, 3). Ранее в состав рода Pectobacterium входил полиморфный вид фитопатогенных бактерий P. chrysanthemi (4), перенесенный в 2005 году в отдельный род Dickeya (5) на основании анализа комплекса фенотипических и генетических признаков.

Бактерии Dickeya dianthicola и D . solani , распространение которых на картофеле на территории Российской Федерации было впервые описано в 2009 году (6), стали причиной серьезных потерь урожая этой культуры. К настоящему времени патогены рода Dickeya обнаружены во всех регионах РФ (1, 6-8). В 2009-2013 годах зараженность партий картофеля в каждый последующий год увеличивалась 2-кратно. Всего за 4 года распространенность возбудителей рода Dickeya в партиях семенного картофеля возросла с 3 до 26-28 % (1).

Полногеномное секвенирование двух штаммов D. solani D12 и Dfil, выделенных в России в 2009 году (9), показало, что они имеют практически полную гомологию со штаммом IPO 2222(T), обнаруженным в Нидерландах (10). Следовательно, наиболее вероятная причина проникновения D. solani в РФ — завоз зараженного посадочного материала картофеля из стран Западной Европы, где в 2007 году была отмечена обширная эпифи-тотия черной ножки картофеля на семеноводческих полях (11). Российские штаммы D . dianthicola также имели высокую генетическую однородность и близость к типовым культурам, выделенным ранее в Латинской Америке и Европе (3).

Свое первоначальное название вид P . ( Erwinia ) chrysanthemi (4) получил как возбудитель бактериоза хризантемы. Дальнейшие исследования показали, что эти микроорганизмы служат причиной болезней растений по меньшей мере из 16 семейств двудольных и 10 — однодольных (5, 12, 13). R.A. Lelliott и R.S. Dickey (13) разделили вид P. chrysanthemi на 6 патовариантов (патоваров) — chrysanthemi , dianthicola , dieffenbachiae , paradisiaca , parthenii и zeae , основываясь на их хозяйской специфичности.

Анализ результатов ДНК-гибридизации и изучения биохимических характеристик пектолитических бактерий привел к отделению видов группы P. chrysanthemi от рода Pectobacterium c новым родовым названием Dickeya в честь выдающегося микробиолога R.S. Dickey (5), посвятившего много лет исследованию этой бактерии (13, 14). К настоящему времени, согласно официальной микробиологической номенклатуре LPSN (List of prokaryotic names with standing in nomenclature) (15), род Dickeya четко разграничен на следующие виды: D. aquatica , D. chrysanthemi , D. dadantii , D. dadantii subsp. dadantii , D. dadantii subsp. dieffenbachiae , D. dianthicola , D. fangzhongdai , D. par-adisiaca , D. solani , D. zeae. Все Dickeya sрp. (кроме D. paradisiaca ) выделяют из культурных и декоративных растений, в том числе импортируемых в Россию из разных стран (16).

В таблице приведены наиболее часто поражаемые видами Dickeya spp. растения-хозяева с обозначением синонимов.

Растения-хозяева бактерий рода Dickeya (11, 12, 14)

Вид                                 Растения-хозяева

Dickeya dianthicola [син.: Pectobacterium ( Erwinia ) chry- Гвоздика китайская, картофель, томат, цикорий, santhemi , биовары I, VII, IX; E. chrysanthemi pv. dian- артишок, георгин, гиацинт, ирис, каланхоэ thicola ]

D. dadantii [син.: P. ( E. ) chrysanthemi , биовары III и

VIII]

D. zeae [син.: P. ( E. ) chrysanthemi , биовары III и VIII]

D. chrysanthemi bv. chrysanthemi [син.: P. ( E. ) chrysan-themi , V биовар; P. ( E. ) chrysanthemi pv. chrysanthemi ] D. paradisiaca [син.: P. ( E. ) chrysanthemi , IV биовар;

P. ( E. ) chrysanthemi pv. paradisiacal ; E. aradisiaca ; Brenneria рaradisiaca ]

D. dieffenbachiae [син.: E. chrysanthemi , II биовар;

P. ( E. ) chrysan t hemi pv. dieffenbachiae ]

D. fangzhongdai

D. aquatic

Пеларгония, картофель, батат, ананас, банан, виды гвоздики, эуфорбия, сенполия, кукуруза, филодендрон, сциндапсус (чертов плющ), крестовник, эрин-гиум (синеголовник), сингониум (гусиная лапка) Кукуруза, картофель, ананас, банан, табак, рис, брахиария, хризантема, пшеница, виды гвоздик, ктенанте, ахмея (эхмея), сциндапсус, капуста, диф-фенбахия

Хризантема, цикорий, томат, подсолнечник, картофель, морковь, патрениум (дикий хинин), эуфорбия Банан

Диффенбахия, томат

Груша

Растение-хозяин не идентифицировано

С точки зрения эволюции род Dickeya монофилетичен и представляет сестринскую кладу для рода Pectobacterium (рис.), вместе они существенное отличаются от других фитопатогенных и свободноживущих энтеробактерий (17). Кроме видов, аналогичных ранее описанным патовариантам P. chrysanthemi ( D. chrysanthemi , dadantii , dieffenbachiae , dianthicola , para-disiaca , zeae ), группа европейских исследователей поместила ряд штаммов так называемого III биовара, вызывавших новое заболевание картофеля в Западной Европе, в новый вид — D. solani (18). Микроорганизмы D. solani имеют высокую агрессивность и вызывают характерные симптомы болезни на картофеле (водянистая гниль стебля). Несколько позднее был идентифицирован вид, часто выделяемый из речной воды, но пока ни разу не обнаруженный в растениях, — D. aquatica (19), и совсем недавно описан последний из известных видов рода Dickeya — D. fangzhongdai (20), вызывающий заболевание груши.

Первое появление D. dianthicola (под названием E. сhrysanthemi ) на картофеле было отмечено в Нидерландах в 1972 году (11) . Затем патоген фиксировали в Израиле (21), Швеции (2), Швейцарии (22), Испании (23), Финляндии (24), Франции, Англии (25), Польше (26), Греции (27) и Японии (28). Имеются сведения о присутствии Dickeya sрp. в Шотландии, Дании, Венгрии, Германии и Бельгии (5). В то же время в большинстве европейских стран потери, связанные с D. dianthicola , долго оставались незначительными, за исключением Швейцарии, где поражение картофеля Dickeya sрp. было описано как преобладающее еще в 1992 году (22). Во время полевых испытаний в Финляндии (29) при сравнении прямых потерь от D. dianthicola и D. solani не выявили значительных различий (5-6 %) при поражении клубней, зато отмечали серьезное поражение стеблей вторым патогеном (73 % против 20 %). В результате трехлетних исследований R. Czajkowski с соавт. (30) не обнаружено различий в заболеваемости картофеля при инфицировании D. solani или D. dianthicola . Однако в другой работе отмечено, что ущерб от D. solani превышал потери от D. dianthicola , P. atrosepticum и P. carotovorum subsp. carotovorum (5).

Симптоматика нового бактериоза картофеля в значительной мере сходна с признаками черной ножки стеблей и мягкой гнили клубней, вызываемой бактериями рода Pectobacterium. В отличие от них, D. dianthicola вызывает мокрую гниль клубней при более высокой температуре (оптимально при 27 ° С), а D. solani — в основном увядание стеблей (водянистая 125

гниль) и поражение сосудистого кольца в клубнях, что напоминает развитие кольцевой (возбудитель Clavibacter michiganensis subsp. sepedonicus ) или бурой ( Ralstonia solanacearum ) гнили картофеля. Штаммы Dickeya spp. способны вызвать поражение растений при более низкой инфекционной нагрузке, чем Pectobacterium , поскольку они имеют больше возможностей для распространения через сосудистую ткань и характеризуются значительно большей агрессивностью.

Diekeya sp. CFBP 1278

Dickey a sp. CFBP 1272

Diekeya sp. A5392

Diekeya sp. A5408

Diekeya sp. A5305

Diekeya sp. A5268

Diekeya sp. A5269

Diekeya sp. A5307

Diekeya sp. A5292

Diekeya sp. A53O3

Diekeya sp. A5311

Diekeya sp. Ech586 (D. dadantii Ech586)

D. геае CFBP 153 1

D. teae CFBP 6466

Diekeya sp. A5507

D. vae CFBP 2052^T

Diekeya sp. A5432

Diekeya sp. A5505

Diekeya sp. A5511

D. chrysanthemi bv. chrysanthemi CFBP 2048^T

Diekeya sp. Echl591 (19. Echl591)

D. chrysanthemi bv. parthenii IPO 2117

D. chrysanthemi bv. parthenii CFBP 1270

D. dianthieola CFBP 4155

D. dianthieola CFBP 2015

D dianthieola CFBP 1200^T

D. dianthieola IPO 1741

Diekeya sp. IPO 2187

Diekeya sp. IPO 2188

Diekeya sp. Л1042

Diekeya sp. A1955

D. dieffenbachiae IPO 2124

D. dieffenbachiae CFBP 2015^T

Diekeya sp. А5ТП

D. dieffenbachiae CFBP 3694

D. dadantii CFBP 3855 (Ech3797)

D. dadantii CFBP 1269^T

D. dadantii CFBP 6467

D. paradisiaca CFBP 3699

D. paradisiaca CFBP 4178^T

D. paradisiaca IPO 2127

Diekeya sp. Ech703 (D. dadantii Ech703) Pectobacterium carotovorum PCI

P atrosepticum SCRI1043

P. wasabiae WPP163

Erwinia tasmaniensis Ft 1/99

Филогенетическое дерево бактерий рода Dickeya , построенное по объединенным последовательностям генов dnaA , dnaJ , dnaX и recN (17). Звездочкой отмечены штаммы Dickeya , первоначально определенные как D. dadantii (Ech586, Ech703) или D. zeae (Ech1591). Т — типовые штаммы видов. Ветви филогенетического дерева, различающиеся при построении по некоторым генам и объединенным последовательностям, выделены жирными линиями. Значения бутстрепа ≥ 70 % показаны выше ветвей — для дерева, построенного методом максимальной парсимонии, ниже — для метода максимального правдоподобия.

Предвсходовое развитие клубневой инфекции или ее раннее по-слевсходовое проявление обычно сопровождается поражением материн-126

ского (семенного) клубня и ведет к гибели кустов. При оптимальной для патогена температуре растения отстают в росте, их листья желтеют, становятся мелкими, жесткими и складываются вдоль средней жилки. Побеги располагаются под острым углом к стеблю и тянутся вверх, а его нижняя часть приобретает цвет от желто-коричневого до темного. Пораженные растения легко выдергиваются из почвы. При низкой температуре зараженное растение может не отставать в росте от здоровых, однако при потеплении стебель внезапно темнеет от земли до верхних листьев, листья поникают и постепенно увядают без изменения окраски. Через столоны бактерии проникают в клубни, часть которых загнивает. Как и в случае возбудителей бактериального увядания и кольцевой гнили, патогены рода Dick-eya стимулируют рост сапрофитных и слабопатогенных микроорганизмов на пораженных клубнях. Обычно зараженные клубни остаются без симптомов до весны, при этом инфекция находится в скрытом (латентном) виде в столонной части и в сосудистом кольце вплоть до высадки в поле весной (2). Количество молодых клубней с латентной формой инфекции зависит от степени проявления черной ножки на растениях в течение вегетационного периода. В отдельные годы до 75 % клубней под больным кустом оказываются носителями фитопатогенных бактерий. При неблагоприятных для патогена климатических условиях (сухая прохладная погода) болезнь не развивается, бактерии из посадочного клубня через растение и столоны проникают без видимых признаков в дочерние клубни (30).

J.K. Toth с соавт. (11) отмечают способность видов Dickeya spp., в отличие от холодолюбивого P. atrosepticum , поражать картофель в субтропических регионах (например, в Северной Америке, Северной Африке, Израиле и на юге Европы). Высказывается предположение, что глобальные климатические изменения (особенно повышение температуры весной и осенью) могут усугубить проблему с распространением новых видов, особенно D. solani , который на протяжении последних 5-6 лет вызывает наибольшие потери урожая картофеля в Европе.

Заболевания черной ножкой и мягкой гнилью визуально отличаются от других болезней картофеля. Однако в жарких и сухих условиях симптоматику бактериоза, вызванного D. dianthicola или D. solani , легко спутать с признаками болезней, вызываемыми Verticillium dahliae , или ускоренным старением растений (21).

При заражении растений патогенами Dickeya spp. важно знать источники инфекции, чтобы успешно ограничивать их дальнейшее распространение. Существуют два способа распространения бактерий D. dianthicola и D. solani : передача через посевной материал картофеля и другие растения-хозяева, а также перенос патогенов через дождевую, поливную воду и вредителей-векторов. Из-за широкого круга растений-хозяев (в том числе декоративных) D. dianthicola и D. solani могут получить дальнейшее распространение в мире не только при торговле семенным и продовольственным картофелем, но и через продажу цветочных культур (11). Так, имеются сообщения о выделении D. dianthicola из декоративных растений-хозяев в США, Колумбии, Японии и Новой Зеландии (11). Известны факты выживания Dickeya spp. в паслене сладко-горьком ( Solanum dulcamara ) в Швеции (31). В Израиле детально проанализирован бессимптомный растительный материал местных сорных видов на наличие Dickeya spp . и выявлено заражение сныти круглой ( Cyperus rotundus ) с частотой от 6,7 до 14,3 % пораженных растений (32).

Имеются сведения о заболеваниях картофеля, вызванных разными видами Dickeya ssp.: D. chrysanthemi выделен в США и на Тайване (25, 26),

D. dianthicola — в Бразилии (26), Перу (25, 28) и Зимбабве (34), D. zeae — в Австралии и Папуа-Новой Гвинее (25, 35). Представители вида D. zeae были изолированы из речной воды в Шотландии и Англии, но не обнаружены на картофеле (11). Бактерии Dickeya sрp., выделенные из растений картофеля в Краснодарском и Ставропольском крае, принадлежали к D. da-dantii (А.Н. Игнатов, неопубликованные данные).

Многочисленные исследования свидетельствуют, что как минимум один вид рода Dickeya ( D. dadantii ) тесно связан с насекомыми-фитофагами. Многочисленные исследования свидетельствуют, что как минимум один вид рода Dickeya ( D. dadantii ) тесно связан с насекомыми-фитофагами. Он заражает гороховую тлю ( Acyrthosiphon pisum ) и характеризуется патогенностью для трех других видов насекомых (дрозофилы Melanogaster , Sitophilus оrуzае и Spodoptera littoralis ) (36, 37). Перенос инфекции насекомыми возможен даже при кратковременном питании на растениях.

По сравнению с микроорганизмом P. сarotovorum бактерии Dickeya spp. менее морозостойки в почве, зато успешнее выживают в воде (35).

В настоящее время отсутствуют надежные сведения об устойчивости сортов картофеля к Dickeya spp. Так, I.K. Toth с соавт. (11) показали, что все испытанные в Великобритании сорта были восприимчивы к D. di-anthicola . Выявлено, что бактерии D. solani способны колонизировать корни растений картофеля в течение суток независимо от наличия повреждений. Патоген обнаруживали в столонах и стеблях через 15 сут после инфицирования почвы. Также сообщалось, что Dickeya spp. активнее колонизирует сосудистую систему растений картофеля, чем P. atrosepticum (11, 38).

Предложено проводить сравнительную оценку агрессивности тестируемых штаммов D. solani , измеряя массу пораженной ткани клубневых биопроб (инкубация 48 ч при 30 ° C) (39). Тем не менее, остается ряд вопросов, в частности о взаимоотношениях Dickeya spp. с другими фитопатогенами, особенно в состоянии латентной инфекции, что имеет чрезвычайно важное значение для разработки методов защиты растений и показателей зараженности семенного картофеля при принятии новых индустриальных стандартов.

При широком распространении D. dianthicola и D. solani на картофеле в большинстве областей нашей страны нельзя исключать переход этих патогенов в ближайшем будущем на томат и другие растения в защищенном грунте (11, 12, 14). Хотя биологические особенности бактерий этих видов неплохо изучены и создана коллекция их российских штаммов, видовой состав патогенов всего рода Dickeya на территории Российской Федерации пока детально не определен. Отечественным карантинным службам необходимо уделять особое внимание этим микроорганизмам в виду закупок партий импортного картофеля из государств, где виды Dickeya spр. имеют значительное распространение. К сожалению, ни ранее использовавшиеся, ни недавно принятые правила оценки зараженности семенного картофеля возбудителями черной ножки (ГОСТ 33996-2016), не делают различий между Dickeya spр. и Pectobacterium spp., что привело к стремительному распространению Dickeya spр. в России.

Таким образом, мы провели анализ доступной информации о распространении, вредоносности и генетическом разнообразии новых возбудителей бактериозов картофеля из рода Dickeya . Эти сведения представляют интерес для разработки методов диагностики чистоты семенного материала и борьбы с болезнями картофеля. На фоне высокого заражения семенного картофеля другими бактериальными патогенами крайне важно усилить внимание к зараженности семян новыми видами, которые имеют 128

значительный потенциал для распространения, адаптации к местным условиям и увеличения вредоносности в Российской Федерации, но не причислены к объектам, регулируемым международными и национальными карантинными организациями.