Що ми знаємо про бактеріальний рак?

Основними цілями автора статті було поглибити розуміння біології цього захворювання на виноградниках, а також розробити інструменти для контролю цього захворювання. Для мінімізації присутності збудника бактеріального раку показано діагностичні методи та процедури.

Томас Берр - професор кафедри патології рослин та мікробіології, Школа інтегративної рослинництва, Корнельський університет, Нью-Йоркська сільськогосподарська експериментальна станція, Женева, Нью-Йорк (Школа інтегративної рослинної науки, Корнельський університет, Нью-Йоркська державна сільськогосподарська експериментальна станція, Женева, Нью-Йорк)

Я ціную можливість написати цей огляд, у якому я підсумую досягнення, які найбільше стосуються виноробної промисловості в Нью-Йорку, зроблені членами моєї дослідницької лабораторії винограду.

Відправна точка.

Ключове відкриття, зроблене в Угорщині наприкінці 1960-х років, полягало в тому, що бактерія Agrobacterium vitis (тоді називалася Agrobacterium tumefaciens) системно виживає у виноградних лозах і тому її можна знайти в неактивних живцях (Lehoczky, 1971) (рис. 1). Мені пощастило познайомитися з доктором Янушем Лехоцьки у 1980-х роках і співпрацювати протягом моєї кар’єри з угорськими вченими, а також з кількома іншими регіонами світу з проблемами бактеріального раку (Crown Gall). Наші головні цілі полягали в тому, щоб покращити розуміння біології цієї хвороби на виноградниках, а також розробити інструменти для боротьби з цією хворобою.

Малюнок 1. Бактеріальний рак на стовбурі виноградної лози. Основною причиною появи інфекції є рани, отримані рослиною в процесі живцювання або від пошкодження морозом.

Раніше ми встановили, що штами A. vitis (як штами, що викликають рак бактерій, так і штами, що не викликають рак) поширені по всій рослині винограду. Галлоутворюючі штами викликають рак, і обидва типи викликають некроз (омертвіння тканин), який найлегше спостерігати на коренях винограду. Зараз ми вивчаємо значення некрозу на ранніх стадіях росту та розвитку щеплення виноградної лози.

Генетичне різноманіття.

Спільний дослідницький проект з доктором Леоном Оттеном показав, що бактерія A. vitis дуже генетично різноманітна (Otten et al., 1990). Ми визначили це, досліджуючи генетичні варіації в локусах бактерії, яка викликає бактеріальні ракові інфекції. Розширенням цього дослідження стала можливість вивчити бактеріальний рак і штами A. vitis з Туреччини. Ця робота, виконана турецьким аспірантом, який закінчив навчання в Женеві, Нью-Йорк, охарактеризувала штами збудника з центральної Туреччини, які були виділені з «местних сортів», які культивувалися в регіоні протягом багатьох років (Argun et al., 2001). Ці результати є важливими при розгляді розвитку патогенів і заходів контролю захворювання. Вони також проливають світло на те, чому можуть спостерігатися відмінності між різними видами винограду, між сортами, стійкими до раку, і як походження впливає на розвиток біологічного контролю.

Рани і бактеріальний рак.

Добре відомо, що ранова поверхня необхідна для зараження рослини бактеріальним раком. Важливість рани полягає не в тому, щоб забезпечити точку входу для патогену, а радше в тому, щоб стимулювати реакцію рани рослини, яка ініціює активний ріст клітин у рослині, чутливих до бактеріальної ракової інфекції. Наша лабораторія експериментально продемонструвала, що приплив ауксину, пов’язаного із загоєнням ран, до місця рани стимулює ріст клітин, сприйнятливих до інфекції (Creasap et al 2005). Ми також продемонстрували, що A. vitis може зберігатися в ґрунті в залишках мертвих коренів винограду (наприклад, після виривання) протягом багатьох років (Burr et al., 1995). Це дослідження допомогло нам краще зрозуміти, чому вибір ділянки та методи обробки винограду, які допомагають уникнути ран на виноградній лозі, є ключовими факторами запобігання бактеріальному раку.

Зведення до мінімуму поширення бактеріального раку.

Ми перевірили процедури мінімізації присутності збудника в розповсюджуваних матеріалах.

• Гаряча вода. Процедуру використання занурення у гарячу воду для боротьби з бактерією A. vitis у здерев’янілих черешках винограду було розроблено нами разом із колегами з Корнелла, Австралії, Італії та Угорщини, а також комерційними партнерами. Ми продемонстрували, що патоген значно зменшився в оброблених гарячою водою живцях, але не був повністю знищений (Burr et al., 1989).

• Культура тканин in vitro. Інша процедура передбачає виробництво садивного матеріалу винограду за допомогою розмноження культури тканин in vitro як засобу для усунення збудника A. vitis. Ця робота все ще триває і показала, що «чисті» рослини можна отримати за допомогою цього методу, як визначено за допомогою нашого найефективнішого методу виявлення, однак ця робота все ще триває, і необхідні додаткові дослідження цього процесу. Зокрема, необхідно враховувати можливе виживання дуже невеликих кількостей цього збудника в кінчиках пагонів і меристемах (див. запитання та відповіді щодо бактеріального раку).

Удосконалені методи діагностики.

Довгий час дослідження біології A. vitis у навколишньому середовищі були обмеженими, оскільки ми не мали чутливого та ефективного методу виявлення збудника. У 2013 році Камека Джонсон, постдоктор, працювала в моїй лабораторії (примітка*- постдок (postdoc) - тимчасова посада в іноземних наукових установах, яку займають молоді вчені зі ступенем PhD (Philosophy Doctor, Ph.D.), розробили метод на основі технології магнітних наночастинок під назвою Magnetic Capture Hybridization (MCH) (Johnson et al., 2013) (рис. 2). Ця технологія, яка використовується в поєднанні з полімеразною ланцюговою реакцією в реальному часі (MCH, RT-PCR), значно покращила наше розуміння біології бактерії A. vitis.

Малюнок 2. Чері Рейд (ліворуч) і Камека Джонсон збирають зразки з виноградника для тестування на A. vitis. Шері була лідером у дослідженні бактеріального раку понад 25 років, а Камека Джонсон розробила аналіз MCH, RT-PCR.
Використовуючи цей метод, ми змогли значно покращити свої знання з наступних тем:

• Поширення бактерії в межах рослини винограду.

Встановлено, що бактерія A. vitis хаотично розподілена у вузлах і міжвузлях від основи до апікальних кінців сплячих пагонів. Ми також виявили, що патоген зберігається в сплячих бруньках, на кінчиках зелених пагонів і на поверхні листя протягом вегетаційного періоду (Johnson et al., 2016, Orel et al., 2017). Таким чином, A. vitis зберігається як усередині, так і поза виноградною рослиною і не обмежується внутрішніми тканинами рослини.

• Наявність збудника в диких виноградних лозах у Нью-Йорку та Каліфорнії.

Ми виявили, що патогенні форми A. vitis зберігаються в диких виноградних лозах (V. riparia) у Нью-Йорку, а також у диких виноградних лозах, зібраних у Каліфорнії. Ці дані підвищують вірогідність поширення хвороби в культивованих виноградних лозах і вказують на наявність додаткових потенційних джерел збудника, які можуть інфікувати «чисті» лози (Орел та ін., 2017).

• Відсіювання лоз для посадки виноградників.

Методом MCH, RT-PCR досліджено зразки матеріалу з розсадників винограду та встановлено наявність збудника в деяких з них. Це було відносно нове відкриття, яке стало можливим завдяки цьому чутливому методу аналізу. Він визначає необхідність подальшої оцінки чистих методів рослинництва, щоб визначити, як вони можуть найбільш ефективно запобігти розвитку хвороб у розсадниках і виноградниках. Це також вказує на необхідність дослідження економічного впливу бактеріального раку на кущі, які заражаються в різний час.

• Оцінка культури тканин in vitro для ліквідації бактеріального раку.

Метод MCH, RT-PCR був надзвичайно цінним для оцінки ефективності розмноження культури тканин in vitro для отримання рослин A. vitis-free. Однак, як зазначалося вище, необхідні додаткові дослідження, щоб перевірити ефективність культивування тканин і фактори, які можуть призвести до вторинного зараження виноградної лози в розсадниках і виноградниках.

Вплив A. vitis на щеплені компоненти.

Зрозумівши, що збудник випадково розподілений у сплячих живцях і що для зараження необхідні рани, ми задалися питанням, чи може присутність збудника в підщепі або прищепі бути шкідливим для злиття компонентів щеплення та росту виноградної лози. Перші дані такого дослідження були опубліковані Hao et al., 2017, і необхідні подальші дослідження, щоб визначити довгострокові наслідки щеплень, компоненти яких заражені A. vitis.

Біологічний контроль.

Біологічний контроль бактеріального раку був дуже успішним у багатьох видів рослин; проте біологічний контрольне ефективнийпроти бактерії A. vitis на виноградній лозі. Оскільки не існує ефективного хімічного контролю бактеріального раку винограду, наша лабораторія та інші установи досліджували інші потенційні (нехімічні) кандидати для біологічного контролю бактеріального раку винограду. Ми ретельно вивчили непатогенний штам A. vitis на його здатність пригнічувати бактеріальний рак у винограді. Непатогенний штам A. vitis (F2/5) спочатку був виділений з винограду в Південній Африці (Staphorst et al, 1985).

Наші дослідження привели до таких відкриттів:
• Якщо F2/5 наноситься на рани на виноградній рослині до зараження патогенними штамами, F2/5 пригнічує бактеріальний рак, спричинений галлоутворюючими штамами A. vitis, але не іншими видами Agrobacterium (рис. 3).
• Концентрація F2/5 на рані виноградної рослини повинна дорівнювати або перевищувати концентрацію збудника.
• Продукція бактеріального ракового жовчного міокарда деякими патогенними штамами пригнічується F2/5 більшою мірою, ніж іншими патогенними штамами (тобто інгібіторна властивість має різний ступінь для різних патогенів)
• Патоген не знищується F2/5, але його здатність викликати бактеріальний рак у винограду запобігає.
• Гальмування розвитку бактеріального раку відбувається завдяки здатності F2/5 пригнічувати вірулентність збудника.

Рисунок 3. Штам F2/5 інгібує бактеріальний рак винограду, викликаний A. vitis (CG49), але не інгібує інші види Agrobacterium, які зазвичай не інфікують виноград (штам A. tumefaciens, CG1100)
F2/5, як і інші штами A. vitis, спричиняє некроз тканини виноградної лози, що може вплинути на злиття компонентів щеплення та ріст рослин (рис. 4). З цієї причини ми розробили некроз-негативні, інгібіторні жовчно-позитивні штами, отримані з F2/5, які зараз розробляються як потенційний комерційний продукт для боротьби з бактеріальним раком винограду. Похідні були отримані шляхом руйнування окремих генів, необхідних для некрозу (негативного некрозу), але не для інгібування раку. Після завершення додаткових лабораторних і тепличних досліджень будуть проведені масштабні дослідження в розсадниках винограду.

Рисунок 4. Некроз, спричинений штамом A. vitis F2/5 на коренях винограду. Інші штами A. vitis також викликають подібний характерний некроз коренів винограду.

Підтримка

Дослідження моєї лабораторії стали можливими завдяки талановитому та відданому справі технічному персоналу, студентам і докторантам, з якими я із задоволенням працював протягом багатьох років. Їх тверда прихильність і підтримка, а також плідна співпраця з колегами з Женеви та Ітаки Корнелл і колегами з Міністерства сільського господарства США (USDA) надали можливість отримати різноманітний досвід і вміння впроваджувати нові технології, необхідні для успіху досліджень і виробництва. Разом із мережею міжнародного співробітництва дослідження було неймовірно цікавим і корисним. Не менш важливим був інтерес і підтримка, отримана від виноградної, виноробної та розсадницької промисловості штату Нью-Йорк. Виноградарі з усього штату Нью-Йорк завжди були партнерами в нашій роботі, надаючи не тільки фінансування, але й зразки виноградників і рослин, і були зацікавлені в розробці нових відкриттів і засобів їх застосування у своєму виробництві.

Література:
Argun, N., Momol, M. T., Maden, S., Momol, E., Celek, H., and Burr, T. J., 2001. Характеристика штамів Agrobacterium vitis, які були виділені з регіону центральної Анатолії. Хвороби рослин 83:102-107.
Берр, Т. Дж., Офел, К., і Керр, А. 1989. Вплив обробки гарячою водою на системний біовар 3 Agrobacterium tumefaciens у неактивному винограді. Хвороби рослин 73:242-245.
Burr, T.J., and Reid, C.L. 1994. Біологічний контроль Vipe Crown Gall з Non-tumorogenic Agrobacterium vitis штам F2/5. Американський журнал виноробства та виноградарства 45:213–219.
Burr, T.J., Reid, C.L., Yoshimura, M., Momol, E.A., and Bazzi, C. 1995. Виживання та пухлиногенність Agrobacterium vitis у живих і гниючих виноградних коренях і тростинах у ґрунті. Завод Дис. 79: 677-682.
Burr, T.J., Reid, C.L., Yoshimura, M., Momol, E.A., and Bazzi, C. 1995. Виживання та пухлиногенність Agrobacterium vitis у живих і гниючих виноградних коренях і тростинах у ґрунті. Захворювання рослин. Завод Дис. 79:677-682.
Creasap, J.E., Reid, C.L., Goffinet, M.C., Aloni, R., Ulrich, C. і Burr, T.J. 2005. Вплив положення рани, ауксину та штаму Agrobacterium vitis F2/5 на загоєння ран і розвиток корончатого галла в тканині деревної виноградної лози. Фітопатологія 95:362-367.
Hao, L., Kemmenoe, D. Orel, D. and Burr T. J. 2017. Вплив пухлиногенних і непухлиногенних Agrobacterium
Вітіс впливає на міцність щеплення та ріст винограду. Хвороби рослин Опубліковано в Інтернеті 3 жовтня 2017 р. Перший погляд.
Джонсон, К. Л., Чжен, Д., Каевнум, С., Рейд, К. Л., і Берр, Т. 2013. Розвиток гібридизації магнітного захоплення
ПЛР-тест у режимі реального часу для виявлення пухлиногенних Agrobacterium vitis у виноградних лозах. Фітопатологія 103: 633–640.
Джонсон К.Л., Кронін Х., Рейд К.Л. і Берр Т.Дж. 2016. Поширення Agrobacterium vitis у виноградних лозах та його значення для елімінації патогенів. Plant Dis 100:791–796.
Kaewnum, S., Zheng, D., Reid, C.L., Johnson, K.L., Gee, J.C. і Burr, T.J. 2012. Специфічний для господаря біологічний контроль жовчної коронки винограду штамом F2/5 Agrobacterium vitis; Його регуляція та динаміка чисельності. Фітопатологія 103:427-435.
Lehoczky, J. 1971. Подальші докази щодо систематичного поширення Agrobacterium tumefaciens у судинній системі виноградної лози. Вітіс 10: 215-221.
Мартінсон, Т. і Т. Берр. 2012. Наскільки ми близькі до розплідника Crown Gall-free? Research Focus 2012-1. Назва Cornell, випуск 9, березень 2012 р. Корнельський університет.
Orel, D.C., Reid C.L, M. Fuchs і Burr, T.J. 2017. Виявлення екологічних джерел Agrobacterium vitis у виноградниках і диких виноградних лозах. Am. J. Enol. Вітик. 68:2
Otten, L, de Ruffray, P., Momol, E.A., Momol, M.T., and Burr, T.J. 1996. Молекулярна характеристика північноамериканських штамів Agrobacterium vitis і виявлення нового типу штаму плазміди Ti. MPMI 9:782–786.
Staphorst, J.L., van Zyl, F.G.H., Strijdom, B.W., and Groenewold, Z.E. 1985. Продукують агроцин патогенні та непатогенні штами біотипу 3 Agrobacterium tumefaciens, активні проти патогенів біотипу 3. Поточна мікробіологія 12:45-52.

примітка*- прим.перекладача, переклад С.І.Красохіної

Ще почитати:

Міжнародні відносини о найменуванні шампанського та хереса

В чому різниця між шампанським, просеко та ігристим вином?

Отримання червоних ігристих вин пляшковим способом з винограду перспективних сортів

Ігристі вина

Токайські вина

У нашому блозі «Приватна Марка» багато цікавого контенту: новинки ринку виноробства, крафтові рецепти наших технологів, влоги на різні теми. Дистиляція, крафтові винокурні, виробництво крафтового сидру, крафтовий квас, рецептура сидру, виробництво крафтових напоїв за нашими рецептами, виробництво спирту в промислових масштабах. Це та багато іншого цікавого у блозі «Приватна Марка Україна» та мережі магазинів «Винороб».

Наприклад, ви вирішили відкрити сироварню, ковбасний цех або почати пекти крафтовий хліб — welcome! Ми завжди допоможемо: надамо рецептуру, забезпечимо всі витратні матеріали, відправимо нашого технолога, складемо технологічну карту, встановимо все обладнання, сертифікуємо виробництво, відкриємо для вас завод з нуля, виноробні, цехи, виноградники, налагодимо готовий продукт із виходом на ринок. Ми — компанія повного циклу: маємо багато представництв по всьому світу. Потрібна склотара, склобанки, медичний посуд, лабораторний посуд чи лабораторне обладнання — звертайтеся! У наших складах понад 900 тис. найменувань товарів та обладнання. Звертайтеся, не вагайтеся! Не важливо, де ви знаходитесь — у СНД, Європі, Америці чи Азії: ми маємо великий досвід. Privatna Marka йде в ногу з технологіями та інноваціями. Ми 20 років на ринку та відправили понад 1 млн посилок своїм клієнтам. Втілили багато креативних проєктів. Відкрили низку підприємств харчової промисловості, а також у непродовольчій та продовольчій групах технічних виробів. Втілили 147 комерційних проєктів у країнах СНД. Виробляємо 70 видів продукції власного виробництва в Україні, Німеччині та Китаї. У блозі ще більше цікавого та корисного.

Консультації за тел. +380 (67) 440-70-90
https://privatnamarka.com/
https://www.instagram.com/privatnamarka?igsh=MWt0NzNxbHJrbXh4ZQ==\
https://www.facebook.com/Privatnamarka
https://youtube.com/@privatnamarkacom?si=P5RH_spetEP3x_RQ\