Биологические науки/ Молекулярная биология

Ергалиев Т.М.

Костанайский государственный университет им. А. Байтурсынова, г. Костанай, Республика Казахстан

Перспективы внедрения экспресс методов диагностики септориоза злаковых культур на основе ПЦР в Республике Казахстан

В современном мире, в связи с постоянным увеличением численности населения планеты, все более актуальным становится вопрос об обеспечении растущего населения продовольствием. Для того, что бы увеличить мировой урожай, в частности, зерновых культур, необходимо особое внимание уделять защите вегетирующих растений. Ежегодный ущерб, наносимый вредителями и болезнями сельскохозяйственным культурам, по данным организации по продовольствию и сельскому хозяйству ООН (ФАО), составляет примерно 20-25% потенциального мирового урожая продовольственных культур. Поэтому роль защиты растений в увеличении производства и сохранении сельскохозяйственных продуктов огромна [1].

Основой успеха защиты растений от болезней является правильная постановка диагноза, то есть распознавание болезни по совокупности признаков: внешние признаки больного растения в динамике; изменения в строении больных тканей; нарушение нормального течения физиологических процессов в растении; причину болезней растений; определение возбудителя болезни, его систематическое положение, биологию, экологию [2].

Согласно Постановлению Правительства Республики Казахстан от 10 декабря 2002 года № 1295 «Об утверждении перечней карантинных объектов и особо опасных вредных организмов» (с изменениями и дополнениями от 23. 11. 2005 г.), в «Перечень особо опасных вредителей и болезней сельскохозяйственных растений» был включен септориоз зерновых культур. Вызывается данное заболевание грибами Septoria tritici и Septoria nodorum, широко распространенными практически во всех странах – производителях зерна, и является причиной колоссального урона урожайности сельскохозяйственных культур. Наибольший ущерб биологической продуктивности растения наносится, когда септориоз поражает верхние листья растений и колосья в период молочной и молочно-восковой спелости. Поражение верхних ярусов листьев растений пшеницы грибами рода Septoria вызывает значительную потерю урожайности (до 40-50% при эпифитотиях).

Для развития гриба оптимальной является температура от 16 до 21°C. Обязательным условием для заражения листьев является его увлажненное состояние на протяжении 6 и более часов, и до 48 часов влажности для достижения максимального заражения. В течение 21-28 дней развиваются характерные черные плодоносящие тела и образуются новые споры, которые выделяются в липкие массы, и при помощи капель дождя переносятся на верхние листья и колосья. Для септориоза экономический порог вредоносности (ЭПВ) зависит от погодных условий, величины ожидаемого урожая и обратно зависим от его величины, то есть чем выше он прогнозируется, тем меньшим будет порог ЭПВ. Чем раньше будет диагностировано заболевание, тем меньше потери биологической продуктивности и ниже ЭПВ, тем выше рентабельность производства.

Погодно-климатические условия Казахстана благоприятствуют развитию и распространению септориоза, снижая рентабельность зернового производства. Принятая в настоящее время система мониторинга и защиты растений от особо опасных болезней использует преимущественно методики полевых обследований с визуальным диагностированием признаков развития болезней, в т. ч. и септориоза. Первые признаки поражения грибами рода Septoria на листьях растений проявляются через значительное время, пока возбудитель проходит инкубационный период, и диагностировать наличие его во внешне здоровом растении визуально невозможно [3]. Дополнительные трудности при визуальной диагностике вызываются присутствием нескольких видов грибов рода Septoria. Распространенные традиционные методы комплексной диагностики, такие как выделение видов в чистую культуру, подбор сред и условий культивирования, получение моноспоровых изолятов и микроскопия, длительны, трудоемки и недостаточно эффективны. Иммуноферментный метод анализа занимает несколько часов, однако разработанные на его основе методики видоспецифического, пресимптоматического и количественного определения S. tritici и S. nodorum в листьях и семенах пшеницы недостаточно чувствительны и не всегда обеспечивают четкую идентификацию этих видов. Также существует ряд заболеваний растений биотического и абиотического характера с практически идентичными признаками внешнего проявления.

Решением проблемы может стать внедрение в практику применение экспресс-методов диагностики септориоза на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР). Бурное развитие и внедрение метода ПЦР в мировую практику позволило продемонстрировать основные достоинства этой реакции, обнаружить её недостатки и выбрать подходы для их преодоления. ПЦР широко используется в целях дифференциации и своевременном обнаружении возбудителей различных заболеваний. Данный метод выгодно отличается от традиционных высокой специфичностью, точностью, а также возможностью ранней диагностики заболевания, когда применение фунгицидов более рентабельно.

Исследования в области разработки и применения экспресс методов диагностики септориоза на основе ПЦР актуальны и проводятся во многих странах мира, например, в Соединенных Штатах Америки проводились исследования по идентификации и картированию микросателлитных локусов из базы данных EST Septoria tritici, возбудителя Mycosphaerella graminicola [4], группа ученых исследовала специфичность и чувствительность ПЦР диагностики Septoria musiva, S. populicola и S. Populi [5], в Китае совместно с США проводились исследования по проектирования ПЦР праймеров для диагностики фитопатогенных грибов [6].

Группой исследователей в Российской Федерации была создана тест система для диагностики септориоза на основе ПЦР в формате FLASH [7].

Создание отечественной тест-системы для диагностики септориоза злаковых культур является актуальной задачей современной казахстанской науки и обусловлено необходимостью ранней диагностики заболевания.

Литература:

1. И. М. Поляков, Е. М. Шумаков, статья «Защита растений» Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978;

2. «Практикум по общей фитопатологии», П. Н. Головнин, М. В. Арсеньева, А. Т. Тропова, З. И. Шестиперова. Санкт-Петербург 2002 г.;

3. Д-р Г. Пригге, д-р М. Герхард, д-р И. Хабермайер, под редакцией проф. Ю.М. Стройкова «Грибные болезни зерновых культур», Ландвиртшафтсферлаг Мюнстер-Хилтруп и БАСФ АГ, Лимбургерхоф;

4. Stephen B. Goodwin, Theo A.J. van der Lee, Jessica R. Cavaletto, Bas te Lintel Hekkert, Charles F. Crane, Gert H.J. Kema, Identification and genetic mapping of highly polymorphic microsatellite loci from an EST database of the septoria tritici blotch pathogen Mycosphaerella graminicola /Fungal Genetics and Biology, Volume 44, Issue 5, May 2007, Pages 398-414;

5. Nicolas Feau, Jerry E. Weiland, Glen R. Stanosz, Louis Bernier, Specific and sensitive PCR-based detection of Septoria musiva, S. populicola and S. populi the causes of leaf spot and stem canker on poplars/Mycological Research, Volume 109, Issue 9, September 2005, Pages 1015-1028;

6. Zhonghua Ma, Themis J. Michailides, Approaches for eliminating PCR inhibitors and designing PCR primers for the detection of phytopathogenic fungi/ Crop Protection, Volume 26, Issue 2, February 2007, Pages 145-161;

7. Биоорганическая химия, 2008, том 34, № 1, с. 107-113.