Поширення та шкідливість вірусу віспи слив в Україні
Як правило, вірусні хвороби кісточкових мають системний характер. Вони уражують усі тканини рослини-хазяїна, за винятком меристем (точок росту) коренів та пагонів. Уражені рослини залишаються інфікованими протягом усього життя.
Ці хвороби плодових дерев спричиняють значні фізіолого-біохімічні та анатомо-морфологічні порушення, які призводять до зниження продуктивності й зрештою — до передчасного відмирання рослин. Потрапивши до рослини, віруси віспи часто переходять у латентний стан і не проявляють симптомів хвороби, проте такі рослини стають джерелом інфекції.
Найшкодочиннішою вірусною хворобою кісточкових культур вважають віспу слив (шарку), збудником якої є вірус віспи слив (BBC, Plum pox virus, PPV). BBC у всьому світі має статус карантинного об’єкта і в нашій країні занесений до «Переліку регульованих шкідливих організмів», обмежено поширених на її теренах. Економічні збитки спричинені щорічними втратами врожаю сливи внаслідок нерівномірного достигання плодів і передчасного їхнього опадання. Незалежно від того, наскільки сильний прояв симптомів на листі та плодах, інфіковані шаркою дерева матимуть меншу продуктивність та погіршену якість плодів; втрати врожаю можуть сягати 30–40%, а в окремі роки на чутливих сортах — від 80 до 100%. Молоді дерева, інфіковані вірусом віспи, погано дерев’яніють та частіше уражуються іншими хворобами плодових дерев, ніж здорові. Догляд за такими деревами стає нерентабельним, тому їх видаляють.
На території України шарку сливи вперше виявлено 1966 року в Чернівецькій області. У 1969 р. невеликі вогнища хвороби віспи відмічали в Чернівецькій, Львівській, Закарпатській, Тернопільській, Івано-Франківській та Вінницькій областях. На 1 січня 1993 року було визначено зони обмеженого поширення шарки та вільну від неї. До першої зони належали Вінницька, Івано-Франківська, Закарпатська, Львівська, Миколаївська, Одеська, Тернопільська та Чернівецька області, в яких вогнища шарки було виявлено у 83 господарствах. Усі інші регіони України потрапили до зони, вільної від цієї хвороби плодових дерев. У Вінницькій, Івано-Франківській та Миколаївській областях осередки ураження плодових дерев шаркою вдалось ліквідувати, а в інших, попри вжиття радикальних карантинних заходів, ареал хвороби віспи щороку розширюється. Так, станом на 1 січня 2014 року вогнища поширення цього патогену- віспи сливи виявлено в Донецькій, Закарпатській, Львівській, Одеській та Тернопільській областях загальною площею 4012 га.
Вірус віспи сливи має широке коло рослин-хазяїв. Окрім культурних та декоративних видів кісточкових культур, він уражує ще 37 диких видів Prunus та понад 100 видів трав’янистих рослин. Резерваторами вірусу віспи сливи можуть бути дзвоники ріпчастоподібні, повій звичайний, кропива дводомна, кропива глуха, люцерна серпоподібна, жовтець несправжньобульбистий, конюшина повзуча, паслін солодко-гіркий, боби та горох.
Високий рівень вірулентності вірусу віспи слив пояснюється його різноманітним штамовим складом. За візуальною класифікацією за Д. Шутичем, вірус віспи сливи має декілька груп штамів (некротична, жовта та проміжна), які різняться симптомами, індукованими на трав’янистих рослинах-індикаторах після штучної інокуляції. За біологічними, серологічними, молекулярними та епідеміологічними властивостями розрізняють шість штамів віспи сливи PPV: D (Dideron), М (Marcus), EA (El-Amar) і вишневий штам С (Cherry). Слід відмітити, що PPV-C зустрічається лише на вишні та черешні, водночас PPV-D, PPV-M та PPV-EA ніколи не були ізольовані з цих культур у природі. Інші два штами — PPV-W (Winona) та PPV-Rec (рекомбінант між D та М) — менш досліджені.
Віріони BBC виявляють у всіх тканинах та органах рослини-хазяїна: листі, коренях, квітах, плодах, зародках, корі та молодих пагонах, мезофілі, ксилемі й цитоплазмі.
Вірус віспи сливи легко передається механічною інокуляцією, а також під час щеплення та за допомогою комах-переносників. Стосовно передачі цього вірусу насінням є неоднозначні повідомлення: одні автори свідчать про здатність до насіннєвої передачі, інші — навпаки, не підтверджують це. BBC не поширюється рослинним пилком під час контакту між рослинами.
Афідними векторами вірусу віспи сливи є близько 20 видів попелиць, проте лише чотири-шість із-поміж них є найефективнішими. Це такі, як: люцернова — Aphis craccivora, спірейна — A. spiraecola, чортополохова — A. cardui, хеліхризова — Brachycaudus helichrysi, татарникова — B. сardui, сливова обпилена — Hyalopterus pruni, персикова зелена — Myzus persicae.
Усі види попелиць, що здатні передавати вірус віспи слив, належать до групи видів, що мігрують навесні й на початку літа з кісточкових (основних) на трав’янисті (проміжні) рослини. Передача вірусу віспи сливи попелицями відбувається за неперсистентним нециркулятивним типом. За такого поширення віруси не транспортуються крізь мембрани переносника і не потрапляють усередину комахи. Період порогу вірусопередачі займає всього 2 хв, а тривалість апробації, протягом якої переносник у процесі живлення активно захоплює вірусні частинки і передає їх здоровим рослинам, становить усього 10–30 с. Отже, можна припустити, що комаха передає віруси віспи безпосередньо від однієї клітини епідермісу до іншої у процесі живлення.
Ротовий апарат попелиць колючо-сисного типу й чудово пристосований для інокуляції рослин вірусами. Максимальну здатність до перенесення вірусу зареєстровано за температури 20…23°С. Інфекційність вірусу в організмі комах зберігається не більш ніж 4 год. Проте, попри такий досить короткий час його збереження на стилетах попелиць, він може бути перенесений на значну відстань, навіть за тихої погоди шкідники літають зі швидкістю 1,6–3,2 км/год.
Ефективність векторів поширення під час передачі BBC залежить від чутливості культур, щільності популяції попелиць та періоду надходження вірусу. Для високочутливих рослин достатньо декількох мігруючих особин шкідника та короткого періоду їхнього живлення. Для ураження стійкіших культур успішна передача вірусу віспи сливи можлива за вищої щільності попелиць та довшого періоду їхнього живлення. Окрім того, штами вірусу різняться здатністю до векторного перенесення на різні рослини-хазяї, особливо на персик.
Установлено, що поширення вірусної інфекції у промислових садах відбувається восени під час перенесення вірусу крилатими попелицями-ремігрантами, які повертаються із трав’янистих рослин на дерева. Живлячись на уражених вірусом віспи слив шарки деревах, попелиці стають вірофорними і, перелітаючи на здорові дерева, інфікують їх.
Швидкість поширення вірусу віспи слив в садах залежить від відстані між здоровими деревами та джерелом інфекції. Встановлено, що на площі діаметром 100 м навколо окремого інфікованого дерева протягом 10 років стали ураженими 48–100% дерев. Проте сливові дерева, що росли на відстані 500 м від вогнища інфекції, залишались здоровими.
Симптоми, зумовлені певним вірусом, значною мірою залежать від виду кісточкових, штаму вірусу віспи слив та факторів навколишнього середовища (температури, інтенсивності освітлення тощо). Іноді кісточкові, уражені вірусами віспи, можуть узагалі не проявляти видимих симптомів. Крім того, такі фактори, як незбалансованість елементів мінерального живлення, їхня нестача, висока інтенсивність освітлення, інвазії комахами та кліщами, бактеріальні та грибні ураження чи генетичні порушення в рослинах, можуть зумовлювати появу симптомів, схожих з ознаками вірусної інфекції. Тому діагноз «вірусна інфекція» слід підтверджувати специфічними методами діагностики захворювань та ідентифікації вірусів.
Нині є багато надійних методів виявлення вірусних хвороб кісточкових плодових дерев, зокрема імуноферментний аналіз (ІФА) з використанням комерційних тест-систем, специфічних щодо вірусу віспи слив, та електронно-мікроскопічне дослідження вірусів.
Так, результати досліджень, проведених співробітниками кафедри вірусології Київського національного університету імені Тараса Шевченка шляхом візуального обстеження та за допомогою ІФА у шести областях України, показали, що найбільший відсоток уражених плодових рослин зафіксовано в Закарпатській області, причому вірус віспи був ідентифікований у шести районах: Берегівському, Виноградівському, Іршавському, Мукачівському, Ужгородському та Хустському. Найчастіше ВВС удавалось ідентифікувати на сливі та абрикосі в Хустському та Іршавському районах.
Також значний відсоток уражених плодових рослин було виявлено в Одеській області, зокрема в Біляївському районі, на сливі й абрикосі та Овідіопольському районі — на сливі та персику. В Київській області відсоток уражених рослин був значно менший, причому вірус виявили лише в Києво-Святошинському районі на сливі. Крім того, прояв ВВС спостерігали у Вінницькій (Бершадський р-н), Хмельницькій (Теофіпольський р-н) та Харківській (Харківський р-н) областях на сливах присадибних ділянок.
ВВС на кісточкових плодових деревах можна виявити впродовж усього періоду вегетації, починаючи з березня й аж до жовтня, як у гілках, бруньках, квітках, листках, так і в плодах — звісно, в різній концентрації.
Використовуючи імуносорбентну електронну мікроскопію (ICEM), у соку хворих рослин, що давали позитивний результат ІФА з тест-системою до вірусу віспи слив, ми спостерігали ниткоподібні вірусні частки близько 700–720 та 20 нм у діаметрі, що, за літературними даними, характерні для ВВС.
Отримані під час польових досліджень результати свідчать, що в Україні досить гостро стоїть питання поширення і шкодочинності вірусу віспи слив на кісточкових культурах. Таким чином, визначення ареалу вірусу та вивчення його біології (шляхів передачі, кола рослин-хазяїв та резерваторів), а також реакції на зміни навколишнього середовища дадуть змогу розробити дієві заходи із запобігання поширенню та розвитку віспи у насадженнях кісточкових культур.
Вирощування кісточкових плодових дерев є однією з галузей сучасного садівництва. Потреба ведення вірусологічного контролю під час вирощування плодових дерев, догляду та репродукції кісточкових обумовлена насамперед труднощами, а частіше — неможливістю звільнення рослин від вірусної інфекції, розвиток якої не вдається контролювати звичайними фізичними та хімічними методами. Враховуючи це, основним дієвим заходом є закладання нових садів плодових дерев не лише здоровим посадковим матеріалом, вільним від вірусів віспи, а й стійким до них.
Сьогодні для отримання безвірусного посадкового матеріалу плодових дерев широко використовують різні способи оздоровлення уражених вірусами віспи рослин, зокрема метод культури ізольованих меристем. Як альтернативу йому застосовують термотерапію, яка досить ефективна в практиці отримання вільного від вірусів посадкового матеріалу більшості рослин (плодових, ягідних, квіткових тощо), здатних до вегетативного розмноження. Цей метод широко застосовують у Данії, Нідерландах, Німеччині, а також у Латвії та Молдові.
Для рослин, що не витримують умов термотерапії, перспективніший метод хіміотерапії. Нині є велика кількість хімічних речовин, що інактивують фітопатогенні віруси, але жодна з них не набула широкого застосування для хіміопрофілактики та лікування хворих рослин. Труднощі на цьому шляху зумовлені, перш за все, тим, що віруси віспи дуже тісно пов’язані з клітиною рослини-хазяїна й пригнічення вірусу в рослині інгібітором майже завжди супроводжується пригніченням життєво важливих процесів у самій рослині. Проте в Інституті мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАНУ (Київ) розробляють нові підходи до оздоровлення й захисту рослин від вірусних інфекцій, у тому числі плодових та винограду. Нові нанобіотехнології та методи супрамолекулярної хімії дали змогу використовувати хімічні речовини як індуктори природної стійкості рослин проти вірусних хвороб, а також розробити способи конструювання препаратів та їхньої адресної доставки до відповідних «мішеней» без суттєвого порушення нормальних метаболічних процесів у рослинних тканинах та забезпечити стабілізацію врожайності багатьох польових і плодових культур, чутливих до вірусів.
Сучасним підходом, який визнано найперспективнішим, також є виведення сортів, стійких до вірусів кісточкових порід дерев. Багато дослідників робили чимало спроб щодо контролю BBC шляхом класичного добору плодових рослин під час розмноження, проте вони не закінчились виведенням корисних комерційних стійких сортів. Наразі ідентифіковано лише декілька природних джерел стійкості. Для традиційного виведення плодових дерев із бажаними властивостями потрібно багато часу й затрат праці декількох поколінь селекціонерів. Наприклад, для плодових дерев із мінімальним періодом розвитку, таких як персик, час, затрачений на виведення поліпшеного сорту, становить 20 років. Крім того, кожен сорт плодових рослин, у тому числі й кісточкових, є унікальним. Тому застосування простого добору, в результаті якого гени резистентності отримують від одного з батьківських організмів поза межами сорту, зумовлює зміни фенотипових характеристик вихідного сорту. Горизонтальне перенесення генів стійкості, ясна річ, є придатнішим методом цілеспрямованого отримання стійких до вірусу віспи сортів кісточкових рослин. Отже, стратегією, якій надали перевагу за розробки методів контролювання BBC, стало використання трансгенних культур рослин.
Упродовж останніх двох десятиліть розвиток генетичної інженерії та біотехнології сприяв розробці швидких та ефективних способів отримання вірусостійких економічно важливих культур. Експресія різних вірусних генів у рослині, зокрема тих, що кодують капсидний білок, неструктурні білки, антисмислові РНК та інші, — надійний захист від інфекцій.
Спроби із виведення дерев кісточкових культур, стійких до BBC, із використанням сучасних методів біотехнології виявились успішними в Австрії та Франції. Так, 1992 року повідомляли про виведення рослин абрикоса, стійкого до BBC, в Інституті прикладної мікробіології в Австрії, що було першим випадком успішної трансформації до BBC у кісточкових культурах.
Спільними зусиллями дослідників із Франції (INRA) та США (USDA-ARS) 1997 року було виведено генетично модифіковані рослини сливи, стійкі до PPV. Шляхом використання бактерій роду Agrobacterium дослідники ввели гени вірусного білка оболонки (СР) у клітини сливи. Трансгенна лінія слив, якій дали назву С-5, проявила високу резистентність до BBC в умовах оранжереї як за щеплення інфікованих вірусом бруньок, так і в дослідах із попелицями — переносниками вірусу. Протягом трьох років досліджень сливи С-5 залишались безвірусними. Для вивчення тривалості резистентності в різних кліматичних умовах, за різного навантаження інфекції та різних штамів вірусу віспи трансгенні С-5-сливи перевіряли в польових дослідженнях у Польщі, Румунії та Іспанії. Вони підтвердили високу стійкість С-5-слив до BBC.
У результаті вдалих спроб із виведення трансгенних плодових рослин, стійких до вірусу віспи слив, цією стратегією зацікавились учені всього світу. Їхні дослідження спрямовані на можливість вирощування таких рослин у широких масштабах без ризику завдати шкоди здоров’ю людини.
Таким чином, із розвитком нових біо- та нанотехнологій відкриваються все нові й нові перспективи подолання і попередження шкідливої дії вірусних інфекцій у плодових рослин та, зокрема, контролювання поширення й негативного впливу ВВС на сливі та інших плодових культурах.
Г. Снігур, канд. біол. наук,
Л. Юсько, канд. біол. наук,
О. Коваленко, д-р біол. наук, професор,
В. Поліщук, д-р біол. наук, професор