Введение к работе
Актуальность темы. Томат (Solarium lycopersicum L.) - широко распространенная в мире сельскохозяйственная культура. По данным ФАО, на территории России ежегодно производится более 2 млн. т. урожая томата (FAO, 2011). Значительный экономический ущерб данной культуре наносят бактериозы, в том числе черная бактериальная пятнистость и рак томата (Ахатов и др., 2013).
Возбудитель черной бактериальной пятнистости Xanthomonas vesicatoria был впервые описан в 1920 г. (Doidge, 1920, 1921) и в настоящее время выявлен более чем в 70 странах. Плоды томата при заражении этим фитопатогеном часто становятся не пригодными для употребления в пищу, а пораженность растений в открытом грунте может достигать 100%. Источниками инфекции являются семена и растительные остатки (Gardner, Kendrick, 1921; Lewis, Brown, 1961; Bashan et al., 1982). В настоящее время Xanthomonas vesicatoria разделен на четыре самостоятельных вида: X. euvesicatoria (Jones et al., 2006), X. vesicatoria (ex Doidge 1920, Vauterin et al., 1995), X. perforans (Jones et al., 2006), X. gardneri (ex Sutic 1957, Jones et al., 2006), которые отличаются друг от друга по биохимическим и молекулярно-генетическим признакам. Однако, в литературе имеются сведения о распространении на территории России лишь одного вида -X. vesicatoria (Матвеева и др., 1999).
Другое не менее важное заболевание - бактериальный рак томата, возбудителем которого является Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis (Smith, 1910; Davis et al., 1984). В настоящее время этот фитопатоген распространен более чем в 54 странах. Основными источниками данного бактериоза являются зараженные семена, рассада и растительные остатки (Grogan, Kendrick 1953; Strider, 1969; Chang et al, 1989; Gitaitis et al., 1991).
На территории Российской Федерации распространение возбудителей черной бактериальной пятнистости и рака томата недостаточно изучено, а с учетом последних таксономических работ видовой состав рода Xanthomonas, поражающих томат, фактически не известен. В то же время, в отечественной литературе отсутствуют сведения о методах идентификации данных фитопатогенов для своевременного выявления и диагностики возбудителя в зонах возделывания томата и при анализе семенного материала.
Цели и задачи исследований. Цель настоящей работы - изучить видовое разнообразие, распространение на территории России и методы диагностики бактерий родов Xanthomonas и Clavibacter, поражающих томат. Для достижения этих целей были поставлены следующие задачи:
-
Провести сбор материала для составления коллекции штаммов родов Xanthomonas и Clavibacter, поражающих томат.
-
Исследовать культурально-морфологические, биохимические и патогенные свойства изучаемых видов бактерий родов Xanthomonas и Clavibacter.
-
Провести молекулярно-генетический анализ штаммов исследуемых видов родов Xanthomonas и Clavibacter.
-
Усовершенствовать методы диагностики исследуемых видов бактерий.
5. Изучить распространение данных видов фитопатогенов томата на территории России. Научная новизна исследований.
Впервые в Российской Федерации выявлены и идентифицированы виды возбудителей черной бактериальной пятнистости томатов, принадлежащих к Xanthomonas euvesicatoria, X. vesicatoria, X. gardneri, X. campestris pv. raphani, X. arboricola, показано их распространение.
Определены последовательности генов dnaK, rpoD, fyuA, ргрС и fabY для российских штаммов 5 видов фитопатогенных ксантомонад, поражающих томат, наибольшее генетическое расстояние между этими видами показано по генам dnaK и ргрС, что указывает на возможность их использования для разработки видоспецифичных молекулярных маркеров.
Впервые обнаружены штаммы X. arboricola, поражающие томат.
Впервые описана и изучена патогенная для растений томата и картофеля раса бактерии Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis (Cmm).
Определены последовательности генов gyrB, recA, rpoB, tomA, atp, gpt, rpoB, recA, arsB, glnA, spt, sos, ssrA штаммов российской популяции Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis и близкородственных видов и родов бактерий, показано наибольшее генетическое расстояние между группами подвида Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis по генам gpt, arsB, glnA и sos, что указывает на возможность их использования для разработки молекулярных маркеров специфичных для томатной и картофельной рас патогена.
Практическая значимость работы.
Штаммы Xanthomonas euvesicatoria, X. vesicatoria, X. perforans, X. gardneri, X. campestris pv. raphani, X. arboricola и Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis депонированы в Государственную коллекцию фитопатогенных микроорганизмов (ГНУ ВНИИФ).
Оптимизированы молекулярно-генетические методы идентификации видов рода Xanthomonas и Clavibacter.
Получены данные о распространении исследуемых видов фитопатогенов на территории России, которые могут быть использованы для мониторинговых исследований фитосанитарного состояния.
Показана возможность заражения расой Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis не только растений томата, но и картофеля, который может являться потенциальным резерватором патогена.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Среди фитопатогенных бактерий, поражающих томат, идентифицированы 5 видов рода Xanthomonas и подвид Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis.
-
У подвида Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis установлена картофельная раса, способная заражать томат и картофель, что следует учитывать при планировании защитных мероприятий.
3. Идентификация видов возбудителей черной бактериальной пятнистости возможна методом мультилокусного генотипирования по генам dnaK и ргрС, а для подвида Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis - по генам глюкозо-1-фосфат тимидилтрансфераза (gpt), арсенат пермеаза (arsB), глутамин-синтетаза (glnA), сос-репрессор (sos).
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на 58-м Международном симпозиуме по защите растений (Гент, Бельгия, 2007); Третьем региональном симпозиуме стран Балтии по агробиотехнологии (Санкт Петербург, 2007); Втором Международном симпозиуме по болезням томатов (Кушадасэ, Турция, 2007); Двадцать второй международной научной школе молодых ученых, аспирантов по болезням растений, и молекулярной биологии (Хуутилая, Финляндия, 2008); Научно-практической конференции по молекулярной биологии в ВНИИСБ (Москва, 2008); 61-м Международном симпозиуме по защите растений (Гент, Бельгия, 2009); 8-й Международной конференции по патологическим вариантам Pseudomonas syringae и родственным патогенам (Оксфорд, Англия, 2010).
Публикации по теме диссертации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 5 статей в журналах, включенных в перечень рецензируемых научных журналов, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, экспериментальной части, выводов, списка литературы и приложения. Материал изложен на 144 страницах машинописного текста, содержит 20 таблиц и 29 рисунков. Список использованной литературы включает 241 источник, из них 209 иностранных.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю А.Н. Игнатову, сотрудникам лаборатории бактериальных болезней растений ВНИИ фитопатологии РАСХН - Е.В. Матвеевой, Э.Ш. Пехтеревой, В.А. Политыко, а также Н.И. Будынкову; специалистам ARS USDA - N.W. Schaad, A. Sechler, Е. Постниковой; специалистам ФГБУ «ВНИИКР» - Е.С. Мазурину, И.О. Камаеву.
