Болезнь позеленения цитрусовых или болезнь желтого дракона [4] ( кальк по- китайски :黃龍病; пиньинь : huánglóngbìng сокр. HLB ) [5] — это заболевание цитрусовых , вызываемое возбудителями , передающимися переносчиками . Возбудители – подвижные бактерии Liberibacter spp. Заболевание передается азиатской цитрусовой листоверткой , Diaphorina citri , и африканской цитрусовой листоверткой, Trioza erytreae , также известной как цитрусовая листовертка двупятнистая. Лечения от него нет. [6] Также было показано, что он передается прививочным путем. [7]
В настоящее время известны три различных типа ГЛБ: жароустойчивая азиатская форма и термочувствительные африканская и американская формы. Заболевание было впервые описано в 1929 году и впервые зарегистрировано в Южном Китае [1] в 1943 году. Об африканском варианте впервые сообщили в 1947 году в Южной Африке , где оно до сих пор широко распространено. В конце концов, он затронул Соединенные Штаты, достигнув Флориды в 2005 году. За три года он распространился на большинство цитрусовых ферм. Быстрый рост этого заболевания поставил под угрозу цитрусовую промышленность не только Флориды, но и всех США. По состоянию на 2009 год 33 страны сообщили об инфицировании ГЛБ в своих урожаях цитрусовых. [8]
ГЛБ отличается общими симптомами пожелтения вен и прилегающих тканей (отсюда и название «желтый дракон», данное наблюдениями за фермерами Чаочжоу еще в 1870-х годах [1] ); за которым следует пятнистая пятнистость всего листа, преждевременная дефолиация, отмирание ветвей, гниение питающих корешков и боковых корней, а также снижение жизнеспособности, что в конечном итоге приводит к гибели всего растения. [9] Пораженные деревья имеют задержку в росте, несут многочисленные внесезонные цветы (большинство из которых опадают) и дают маленькие плоды неправильной формы с толстой бледной кожурой, которая остается зеленой внизу и имеет очень горький вкус. [10] Общие симптомы часто можно принять за дефицит питательных веществ; однако отличительным фактором дефицита питательных веществ является характер симметрии. Дефицит питательных веществ имеет тенденцию быть симметричным по краю жилки листа, в то время как HLB имеет асимметричное пожелтение вокруг жилки. Наиболее заметным симптомом ГЛБ является позеленение и задержка роста плодов, особенно после созревания. [11]
Первоначально считалось, что ГЛБ является вирусным заболеванием, но позже было обнаружено, что его вызывают бактерии, переносимые насекомыми-переносчиками. Инфекция HLB может возникать в различных климатических условиях и часто связана с различными видами листовидных насекомых . [12] Например, цитрусовые культуры в Африке заражаются в прохладных условиях, поскольку бактерии передаются африканской цитрусовой листвой Trioza erytreae , [13] инвазивным насекомым, которое предпочитает прохладные и влажные условия для оптимальной активности. Однако цитрусовые культуры в Азии часто заражаются в теплых условиях, поскольку бактерии передаются азиатской цитрусовой листоверткой Diaphorina citri . [14] [15]
Молодая личиночная стадия наиболее подходит для приобретения ок. L. asiaticus от азиатской цитрусовой листовертки Diaphorina citri , [15] и некоторые сорта демонстрируют большую эффективность в передаче заболевания переносчику, чем другие. [16] Температура также оказывает большое влияние на отношения паразит-хозяин между бактериями и насекомыми-переносчиками, влияя на то, как она приобретается и передается насекомыми. [16]
Возбудителями являются требовательные к флоэме грамотрицательные бактерии клады gracilicutes . Азиатская форма, ок. L. asiaticus устойчив к жаре. Это означает, что симптомы позеленения могут развиться при температуре до 35 °C. Африканская форма, ок. L. africanus и американская форма, ок. L. americanus чувствительны к теплу, поэтому симптомы развиваются только при температуре 20–25 °C. [17] Хотя T. erytreae является естественным переносчиком озеленения африканских цитрусовых, а D. citri является естественным переносчиком озеленения американских и азиатских цитрусовых, любая листовертка фактически может передавать любой из агентов озеленения в экспериментальных условиях. [18]
Распространение азиатской цитрусовой листовертки, которая является переносчиком болезни позеленения цитрусовых, происходит главным образом в тропической и субтропической Азии. Об этом сообщалось во всех регионах Азии, где выращивают цитрусовые, за исключением материковой Японии . Болезнь поразила посевы в Китае , Индии , Шри-Ланке , Малайзии , Индонезии , Мьянме , на Филиппинах , в Пакистане , Таиланде , на островах Рюкю , Непале , Саудовской Аравии и Афганистане . Об этом заболевании также сообщалось в регионах за пределами Азии: Реюньон , Маврикий , Бразилия , Парагвай и Флорида в США с 2005 года, а также в нескольких муниципалитетах Мексики с 2009 года [19] [20] [21] [22] [23] В марте 30 декабря 2012 года болезнь позеленения цитрусовых была подтверждена на одном цитрусовом дереве в Хасиенда-Хайтс , округ Лос-Анджелес , Калифорния . [24] Первое сообщение о ГЛБ в Техасе произошло 13 января 2012 года на валенсийском сладком апельсиновом дереве в коммерческом саду в Сан-Хуане, штат Техас . [25] Перспективы повсеместно распространённых цитрусовых садов на приусадебных участках в Калифорнии мрачны, поскольку фермеры, выращивающие дома, вряд ли будут постоянно использовать пестициды, которые обеспечивают эффективный контроль в коммерческих садах. [26]
Распространение африканского цитрусового листоноса включает Африку, Мадейру, Саудовскую Аравию, Португалию и Йемен. [27] Этот вид чувствителен к высоким температурам и не будет развиваться при температуре выше 25 °C. Он также является переносчиком африканского штамма huanglongbing ( Candidatus Liberibacter africanus), который также чувствителен к теплу. Сообщается, что этот штамм HLB встречается в Африке (Бурунди, Камерун, Центральноафриканская Республика, Коморские Острова, Эфиопия, Кения, Мадагаскар, Малави, Маврикий, Реюньон, Руанда, Южная Африка, остров Святой Елены (неподтверждено), Свазиленд, Танзания, Зимбабве), Саудовская Аравия и Йемен. По состоянию на 2004 год это заболевание не было зарегистрировано в ЕС [28].
Попытка культивировать Candidatus Liberibacter asiaticus (CLas), цитрусовый патоген с ограниченной сосудистой сетью, связанный с болезнью позеленения цитрусовых, стала серьезной проблемой в области патологии растений. Несмотря на несколько попыток, CLas не был успешно установлен в чистой культуре, оставаясь неуловимым по сравнению с другими прихотливыми бактериями, связанными с болезнями цитрусовых. За последнее десятилетие сообщалось о временных культурах CLas, что свидетельствует о постепенном прогрессе на пути к его устойчивому культивированию. Примечательно, что кокультивирование с Propionibacteriumacnes способствовало росту CLas in vitro, подчеркивая потенциал мутуалистических бактериальных взаимоотношений для удовлетворения потребностей CLas в питательных и химических веществах. В дальнейших экспериментах были получены жизнеспособные культуры CLas в течение нескольких недель с использованием коммерческого грейпфрутового сока и биопленок, хотя это не представляло собой независимое выращивание. Попытки культивировать CLas на среде Liber A позволили предположить патогенность цитрусовых, однако это утверждение было встречено со скептицизмом и не удалось воспроизвести. Недавние усилия по совместному культивированию с микробиотой, связанной со флоэмой, показали возможный рост посредством количественного определения ДНК, но прямых показателей жизнеспособности не было. Исследование подчеркивает сложность требований CLas к питанию и окружающей среде, предполагая, что связь со специфической микрофлорой необходима для его роста. Несмотря на эти достижения, выращивание CLas остается сложной задачей, требующей дальнейших исследований воспроизводимых и устойчивых методов культивирования.
В отличие от многих бактерий, CLas демонстрирует специализированную метаболическую зависимость от широкого спектра питательных веществ, получаемых непосредственно из окружающей среды. Примечательно, что CLas обходит традиционные гликолитические пути производства энергии, вероятно, из-за отсутствия ключевых гликолитических ферментов, и вместо этого опирается на альтернативные метаболические пути, включая зависимость от цикла трикарбоновых кислот (ТСА) для переработки органических кислот — обнаруженного важнейшего источника углерода. в большом количестве во флоэмном соке растений-хозяев. Стратегии приобретения питательных веществ бактерией распространяются на ассимиляцию как протеиногенных, так и непротеиногенных аминокислот, а также холина через специализированные транспортные системы, несмотря на ее неспособность синтезировать все аминокислоты de novo. Это тонкое взаимодействие с окружающей средой подчеркивает развитую адаптацию к извлечению и использованию питательных веществ, полученных от хозяина, даже несмотря на снижение его геномной способности. Более того, использование CLas нуклеотидов и кофакторов хозяина посредством специфических транспортных белков подчеркивает его сложные стратегии выживания в микроокружении хозяина.
Условия окружающей среды также существенно влияют на выращиваемость CLas. Бактерия предпочитает слегка кислые условия, процветая при естественно низком pH, обнаруженном в соке флоэмы цитрусовых и в средах in vitro, таких как коммерческий грейпфрутовый сок. Кроме того, CLas демонстрирует ограниченные возможности аэробного дыхания из-за отсутствия терминального оксидазного комплекса и демонстрирует предпочтение микроаэрофильных условий, которые отражают уровни кислорода в его естественной среде обитания флоэмы. Эти специфические требования усложняют усилия по культивированию CLas за пределами хозяина, поскольку репликация этих условий in vitro затруднена. Генетические факторы еще больше ограничивают выращивание CLas. Геном бактерии претерпел значительную редукцию, потеряв пути и ферменты, необходимые для независимого роста. Например, отсутствие пути глиоксалазы, необходимого для снижения токсичности метилглиоксаля, и отсутствие путей биосинтеза незаменимых липидов вызывают необходимость добавления в культуральную среду определенных питательных веществ или кофакторов. Более того, присутствие генов бактериофагов в CLas усложняет процесс, потенциально влияя на его патогенность и возможность культивирования. Сочетание этих уникальных требований к росту и генетических ограничений подчеркивает проблемы, присущие выращиванию CLas, что требует инновационных подходов к культивированию для преодоления этих препятствий и углубления нашего понимания болезни позеленения цитрусовых. Отчет Чжэна и др. (2024) озаглавлен: «К завершению постулатов Коха для цитрусовой бактерии Huanglongbing Candidatus Liberibacter asiaticus». в Horticultural Research 11(3):1-7 описывается создание культур CLas. Это открывает двери для широкого спектра исследовательских экспериментов по эффективным микробицидам CLas, которые ранее были невозможны.
Liberibacter crescens стал ценной модельной системой для изучения CLas. В отличие от CLas, L. crescens можно культивировать аксенически, и он не требует растения-хозяина или насекомого, что позволяет лучше понять ранние стадии эволюции этого рода. Эта система сыграла важную роль в функциональных геномных исследованиях генов CLas, позволяя исследователям изучать физиологию CLas и механизмы патогенности в контролируемой среде. Более того, способность L. crescens образовывать биопленки в модифицированных условиях культивирования обеспечивает уникальную платформу для изучения образования биопленок, важнейшего аспекта жизненного цикла CLas у насекомых-переносчиков.
Несмотря на достижения в области L. crescens и теоретический потенциал моделей инфекции клеточных культур и совместных культур бактерий, аксеническое культивирование CLas остается серьезной проблемой. Разработка протоколов трансформации CLas, которая оказалась успешной с L. crescens, но еще не с CLas, считается важным шагом вперед. Этот подход, будь то путем прямой трансформации или использования L. crescens в качестве суррогата, обещает раскрыть сложности биологии CLas и, в конечном итоге, разработать эффективные стратегии борьбы с болезнью позеленения цитрусовых.
Некоторые культурные практики могут быть эффективными в борьбе с этим заболеванием. Культурные методы включают антибактериальное лечение, санитарную обработку, удаление зараженных растений, частые проверки и, что наиболее важно, объявление кризиса. [29] Отслеживание заболевания поможет предотвратить дальнейшее заражение в других пострадавших районах и смягчить последствия локальных инфекций, если их обнаружить достаточно рано. У азиатского цитрусового листолистника есть альтернативные хозяева, которые могут привлекать листоносных к цитрусовым растениям поблизости, таким как Murraya метельчатая , Severinia buxifolia и другие растения семейства Rutaceae . [30]
Лекарства от болезни позеленения цитрусовых не известно, а усилия по борьбе с ней идут медленно, поскольку зараженные цитрусовые растения трудно поддерживать, регенерировать и изучать. Текущие проблемы, связанные со снижением заболеваемости в полевых масштабах, включают сезонность фитопатогена ( Liberibacter spp.) и связанных с ним симптомов заболевания, ограничения для терапевтических средств, контактирующих с фитопатогеном in planta , неблагоприятное воздействие обработок широкого спектра на полезную для растений микробиоту и потенциальные последствия для здоровья населения и экосистем. [31]
Никаких естественно иммунных сортов цитрусовых не выявлено; однако создание генетически модифицированных цитрусовых может быть возможным решением, но существуют вопросы его приемлемости для потребителей. [32] Исследователь из Texas AgriLife Research сообщил в 2012 году, что включение двух генов шпината в цитрусовые деревья улучшило устойчивость к болезни позеленения цитрусовых в ходе испытаний в теплицах. [33] Полевые испытания апельсинов с генами шпината во Флориде, проведенные компанией Southern Gardens Citrus, продолжаются. [32]
Устойчивый сорт мандарина под названием «Бинго» был выведен в Университете Флориды. [34] Другие сорта могут иметь частичную толерантность к заболеванию. [35]
Исследователи из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США использовали лимонные деревья, зараженные болезнью позеленения цитрусовых, для заражения растений барвинка , пытаясь изучить эту болезнь. Растения барвинка легко заражаются этой болезнью и хорошо реагируют на экспериментальное лечение антибиотиками . Исследователи тестируют действие пенициллина G натрия и биоцида 2,2-дибром-3-нитрилопропионамида в качестве потенциального лечения зараженных цитрусовых растений, основываясь на положительных результатах, которые наблюдались при применении к зараженному барвинку. [36] В июне 2014 года Министерство сельского хозяйства США выделило дополнительно 31,5 миллиона долларов США на расширение исследований по борьбе с болезнью озеленения цитрусовых. [37]
Некоторые антибиотики, в частности стрептомицин и окситетрациклин , могут быть эффективны в борьбе с болезнью позеленения цитрусовых и использовались в Соединенных Штатах, но были запрещены в Бразилии и Европейском Союзе. [38] В 2016 году Агентство по охране окружающей среды разрешило использование стрептомицина и окситетрациклина в садах с цитрусовыми, такими как грейпфруты, апельсины и мандарины, во Флориде в экстренных случаях. В декабре 2018 года это одобрение было расширено и распространено на другие штаты для окситетрациклина. [38] [39] Агентство по охране окружающей среды предлагает дальнейшее расширение использования важных с медицинской точки зрения антибиотиков, но против него выступают FDA и CDC , прежде всего потому, что можно ожидать развития устойчивости к антибиотикам, которая повлияет на здоровье человека. [38] [39]
Ученые Калифорнийского университета обнаружили пептид , который предотвращает и лечит болезнь позеленения цитрусовых в ходе испытаний в теплицах; по состоянию на 2021 год [обновлять]он проходит полевые испытания. [40] [41] Университет заключил с Invaio эксклюзивную лицензию на разработку улучшенной версии продукта для инъекций. [42]
Исследователи из Службы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США в Исследовательской лаборатории садоводства США в Форт-Пирсе, штат Флорида, вместе с сотрудниками Университета Флориды разработали два типа антисмысловых масел (FANA и Morpholino's) и продемонстрировали эффективную доставку на цитрусовые деревья, картофель и томаты. . [43] Технология нацеливания РНК олигонуклеотида FANA (2'-дезокси-2'-фторарабинонуклеотид) на цитрусовые деревья и растения картофеля для борьбы с бактериальными патогенами и членистоногими вредителями. Технология FANA ASO представляет собой одну нуклеотидную цепь длиной 20–24 нт, которая включает в свою структуру 2'F-химические модификации нуклеотидов, а также фосфоротиоатный остов и модифицированные фланкирующие нуклеотиды, называемые «гэпмерами», производства AUM LifeTech. , Inc. Эти уникальные модифицированные структуры «триггеров» FANA обеспечивают гимнастическую активность, которая самодоставляется в клетки, системно перемещаясь в обработанных растениях и насекомых, со значительным подавлением их РНК-мишеней. Сообщается о подавлении FANA двух бактерий, инфицирующих растения: Candidatus Liberibacter asiaticus, CLas (в цитрусовых деревьях) и C. Liberibacter solanacearum, CLso (в картофеле и томатах) [44] [45] ]
Морфолино: Эти исследователи продемонстрировали, что PPMO системно перемещаются в растениях, фруктовых деревьях и виноградных лозах, так что они могут подавлять CLas в зараженных цитрусовых деревьях и листоносных переносчиках. Кроме того, PPMO, предназначенные для эндосимбиотических бактерий векторов листочков, могут сокращать популяции листочков путем нацеливания и подавления эндосимбионтов насекомых, бактерий, которые необходимы для выживания листочков. [46] [47] Морфолино должны быть ковалентно связаны с заряженной молекулой или пептидом, таким как проникающий в клетку пептид, CPP, для проникновения в бактерии (как грамположительные, так и грамотрицательные). После того как МО конъюгированы с носителем, их называют PPMO, CPPMO, PMO или им подобными. Дополнительные протоколы можно найти на веб-сайте GeneTools, LLC (http://www.gene-ools.com/morpholino_antisense_oligos). Короткие PPMO длиной 14–18 нуклеотидов используются для нацеливания на бактерии с использованием последовательности, называемой внешней направляющей последовательностью, EGS, которая при образовании комплекса с целевой РНК изменяет форму, чтобы напоминать предшественник тРНК, что делает целевую РНК восприимчивой к расщеплению рибонуклеаза P (РНКаза-P). [48]
Сообщается о некоторых успехах при использовании стратегии покровных культур. [49] Цитрусовые деревья не были свободны от болезнетворных бактерий, однако здоровая почвенная среда позволяла им приносить плоды и оставаться прибыльными. [ нужна цитата ]