Банан аурулары: Панама қырынуы және TR4 қаупі

Кіріспе

Банандардың өсімдік аурулары

Панама ауруы (немесе Fusarium wilt) – банан өсімдіктерін (Musa spp.) қамтитын өсімдік ауруы. Бұл Fusarium oxysporum f. sp. cubense (Foc) саңырауқұлағынан туындайтын кеуіп кету ауруы. Патоген фунгицидтерге төзімді, оны бақылау фитосанитарлық шаралармен шектеледі. 1950 жылдары Панама ауруының кең таралуы Gros Michel бананының коммерциялық өндірісін дерлік тоқтатып жіберді. Грос-Мишель бананы бананның басым сорты болды, ал Фузарийдің кеуіп кетуі зор шығындарға алып келді және өндірушілерді басқа, ауруға төзімді сорттарға көшуге мәжбүр етті. 2010 жылдан бері, Tropical Race 4 (TR4) штаммынан туындаған Панама ауруының жаңа ошағы бүгінгі таңда ең танымал сорт – Cavendish бананының өндірісіне қауіп төндіріп отыр.

Шолу

Алайда жабайы бананның (Musa spp.) жемісінде ірі, қатты тұқымдары болады, ал жеуге жарамды бананның көпшілігі тұқымсыз. Сондықтан банан өсімдіктері бұтақтардан жыныссыз көбейтіледі. Өйткені, бұл тамырсабақтар, тіпті өсімдік F. oxysporum f. sp. cubense жұқтырған кезде де, көбінесе симптомдарсыз болады, сондықтан бұл патогеннің таралуының жиі кездесетін жолы болып табылады. Ол сондай-ақ топырақ пен ағын су арқылы, шаруашылық құралдары мен техника жабдықтарында таралуы мүмкін. Панама ауруы – қазіргі заманғы ең зиянды өсімдік ауруларының бірі. Оның Оңтүстік-Шығыс Азияда пайда болғаны және алғаш рет 1876 жылы Австралияда тіркелгені белгілі. 1950 жылға қарай ол Тынық мұхитының оңтүстігіндегі кейбір аралдарды, Жерорта теңізін, Меланезияны және Сомалини қоспағанда, әлемнің барлық банан өндіретін аймақтарына тарады. Панама ауруы бананның көптеген сорттарына әсер етеді, бірақ ол экспорттық алғашқы плантациялардағы бір сортқа келтірген зиянымен ең көп танымал. 20-шы ғасырдың ортасына қарай экспорттық саудада «Грос Мишель» орнына «Кавендиш» кіші тобының төзімді сорттары қолданыла бастады. Бұл өндіріс үшін маңызды қауіп тудырады, себебі қазіргі уақытта оны алмастыратын қанағаттанарлық сорттар жоқ. Бұл қорытынды үкіметтер мен халықаралық ұйымдар инвестициялауға немесе инвестицияламауға болатын инвестиция ретінде қарастырылған экономикалық талдаудан шықты. Сондай-ақ, Молина және авторлар (2009) «GCTCV 119» – TR4 төзімділігі үшін коммерциялық түрде қолданылатын тағы бір тайвандық «Кавендиш» екенін көрсетті. Экспорттық саудадан басқа, банан өндірісінің 85% жергілікті тұтынуға арналған, ал осы мақсатта қолданылатын көптеген сорттар да инфекцияға осал. Одан кейін ол Индонезия, Қытай, Малайзия, Австралия және Филиппинге жылдам тарады. Ауру 2013 жылы Иорданияда анықталды. TR4 кейін Вьетнам мен Лаосқа, сондай-ақ Таяу Шығысқа – Пәкістан мен Ливанға тарады. 2015 жылы ауру Африкаға тарады, Мозамбик пен Оманнан ресми емес хабарламалар келіп түсті.

Although fruits of the wild bananas (Musa spp.) have large, hard seeds, most edible bananas are seedless. Banana plants are therefore propagated asexually from offshoots. Because these rhizomes are usually free of symptoms even when the plant is infected by F. oxysporum f. sp. cubense, they are a common means by which this pathogen is disseminated. It can also be spread in soil and running water, on farm implements or machinery. Panama disease is one of the most destructive plant diseases of modern times. It is believed to have originated in Southeast Asia and was first reported in Australia in 1876. By 1950 it had spread to all the banana producing regions of the world with the exception of some islands in the South Pacific, the Mediterranean, Melanesia and Somalia. Panama disease affects a wide range of banana cultivars; however, it is best known for the damage it caused to a single cultivar in the early export plantations. By the middle of the 20th century, resistant cultivars in the 'Cavendish' subgroup were being used as a substitute for 'Gros Michel' in the export trade. This poses a significant threat to production, because there are currently no acceptable replacement cultivars. This conclusion comes from an economic analysis which examined these as investments which governments and international organizations may or may not choose to invest in. as well as by Molina et al 2009, 'GCTCV 119' is another Taiwanese Cavendish used commercially for its TR4 resistance. Apart from the export trade, 85% of banana production is for local consumption and many of the cultivars used for this purpose are also susceptible to infection. and from there rapidly spread to Indonesia, China, Malaysia, Australia and the Philippines. The disease was then identified in Jordan in 2013. TR4 later spread to Vietnam and Laos, as well as to the Middle East being reported in Pakistan and Lebanon. In 2015, the disease then spread to Africa, being informally announced in Mozambique and Oman.

1997 жыл

Австралияда алғашқы анықталуы Солтүстік территориядағы Дарвин қаласының жанында болды.

2005 жыл

Австралиядағы банан шаруашылықтарында TR4 жұқтырған Chloris inflata, Euphorbia heterophylla, Cyanthillium cinereum және Tridax procumbens өсімдіктері табылған. Маребадағы бір шаруашылықтағы күдікті ағаштан алынған сынама, осы факті анықталғаннан кейін тексерілді және қазір BQ қолданбайды.

2018 жыл

2018 жылы TR4 Оңтүстік-Шығыс Азияда кеңінен таралды. 2020 жылға қарай TR4 Лаоста, Вьетнамда, Тайваньда, Малайзияда, Борнеода, Индонезияда, Қытайдың негізгі бөлігінде, Филиппинде, Иорданияда, Мозамбикте, Пәкістанда, Ливанда, Оманда, Үндістанда және Австралияның Солтүстік Квинсленд аймағында табылды. Перуде TR4-тің пайда болуы плантациялардың өндірісіне қауіп төндіреді.

Субтропикалық раса 4/STR4

Субтропикалық жарыс 4/STR4 – субтропикалық жарыс, және ағаштар суықтан стресс алғанға дейін Кавендиш сортында симптомдар байқалмайды. Ауру, жер бетіндегі су арқылы немесе шаруашылық қызметі кезінде таралатын споралар немесе жұқтырылған материал арқылы таралады. Аурудың таралуындағы маңызды мәселелердің бірі – бананның жаңа өсімдіктерін отырғызу тәсілі. Бір өсімдіктен алынған тамырлар клоналды түрде көбейтіліп, жаңа ағаштар өсіріледі. Жұқтырылған өсімдіктің 30-40% тамырлары инфекцияланған, бірақ барлығында симптомдар көрінбейді, сондықтан жаңа, бұрыннан жұқтырылған өсімдік өсіру ықтималдығы жоғары. Сонымен қатар, бұл ауру белгілі бір арамшөптерді симптомсыз жұқтырады, яғни банан өсімдіктері болмаған жағдайда да тірі қалуы мүмкін және кейін банан отырғызылатын жерде анықталмайды. FOC тек жыныссыз жолмен тарайды деп есептеледі, себебі жыныстық фазасы (телеоморф) байқалған жоқ. Рекомбинациялық процестер соматикалық гибридтеу және парасексуалдық цикл арқылы жүзеге асуы мүмкін. Бұл аурудың тірі қалуы мен таралуы үшін таза жыныссыз споралар мен құрылымдар ғана қажет екенін білдіреді. Ауру, өсімдік өлген кезде бөлінетін хламидоспораларда сақталады және топырақта 30 жылға дейін тірі қалуы мүмкін. Орта тиімді болғанда және қоректік тамырлар болғанда (саңырауқұлақ тамыр шырындарына тартылады), бұл хламидоспоралар өне бастайды және гифтер тамырларға еніп, инфекцияны бастайды. Гүл шоғырлары пайда болған кезде симптомдарды көрсететін өсімдіктердің саны артады, ал ең көп инфекция жинау алдында болады. Инфекция жүйелі болып, тамыр жүйесі арқылы таралады, ескі жапырақтардан басталып, жас жапырақтарға дейін сарғаю мен бүкілуге себеп болады, содан кейін бүкіл өсімдік өледі. 2013 жылдың шілдесінде Латын Америкасының өсімдіктер мен жануарлар денсаулығы жөніндегі өңірлік ұйымы OIRSA мүшелері тоғыз мүше елдері (Белиз, Коста-Рика, Доминикан Республикасы, Сальвадор, Гватемала, Гондурас, Мексика, Никарагуа және Панама) үшін TR4-ке қатысты төтенше жағдай жоспарын жасады. Жоспар тек испан тілінде қолжетімді. 2015 жылдың наурыз айында Латын Америкасының өндірушілері аймақтық қорғаныс күшін құру үшін кездесті және сол жылдың қыркүйек немесе қазан айында тағы да кездесуді жоспарлады. Аймақтық шаралар қабылданбады. Эквадорлық өндірушілер үкіметтен барлық контейнерлерді дезинфекциялауды сұрады. Ғалымдар банан өсімдігін Панама ауруына және бананның басқа да көптеген ауыр ауруларына – саңырауқұлақтар, бактериялар, вирустар, нематодтар және қоңыздарға төзімді ету үшін модификациялауға тырысуда. Зерттеушілер жаңа жабайы банан түрлерін табу үшін шалғайдағы орманды аралап жатыр. Ауруларға жоғары төзімді жаңа сорттар алу мақсатында гибридтік банан түрлері жасалып жатыр. Кейбіреулер бананның тұрақтылығын арттырудың ең жақсы жолы – генетикалық инженерия деп санайды. Дегенмен, жемістің дәмді болуы, белгілі бір уақытта пісіп, ұзақ қашықтыққа зақымданбастан тасымалдануы және көп мөлшерде өсіруге оңай болуы керек. Қазіргі уақытта бұл талаптардың барлығына сәйкес келетін сорт немесе гибрид жоқ.

Subtropical Race 4/STR4 is a subtropical race and does not become symptomatic on Cavendish until the trees are stressed by cold. The disease is dispersed by spores or infected material that travel in surface water or farming activities. One of the biggest issues in spreading the disease is the means by which new banana plants are planted. Suckers are taken from one plant and clonally propagated to grow new trees. About 30 to 40% of suckers from a diseased plant are infected and not all show symptoms, so the chance of growing a new, already infected plant is fairly high. Finally, the disease is known to infect certain weeds without showing symptoms, meaning it can survive in the absence of banana plants and remain undetected in a place where bananas are planted later. FOC is thought to persist only asexually, as no sexual phase (teleomorph) has been observed. Recombination events may occur via somatic hybridisation and the parasexual cycle. This means that the survival and dispersal of the disease relies on purely asexual spores and structures. The disease survives in chlamydospores which are released as the plant dies and can survive in the soil for up to 30 years. When the environment is ideal and there are host roots available (fungus is attracted to root exudates), these chlamydospores will germinate and hyphae will penetrate the roots, initiating infection. There is an increase in the number of symptomatic plants when inflorescences emerge and the highest disease incidence occurs right before harvest. Infection is systemic, moving through the vascular system and causing yellowing and buckling that starts in older leaves and progresses to younger leaves until the entire plant dies. In July 2013, members of OIRSA, a Latin American regional organisation for plant and animal health, produced a contingency plan specific to TR4 for its nine member countries (Belize, Costa Rica, Dominican Republic, El Salvador, Guatemala, Honduras, Mexico, Nicaragua and Panama). The plan is only available in Spanish. In March 2015, Latin America growers met to create a regional defense effort and planned to meet again in September or October of that year. No specific regional measures are in place. Ecuadorian growers requested the government to fumigate all containers. Scientists are trying to modify the banana plant to make it resist Panama disease and many other serious banana afflictions ranging from fungal, bacterial, and viral infections to nematodes and beetles. Researchers are combing remote jungles searching for new wild bananas. Hybrid bananas are being created in the hope of generating a new variety with strong resistance to diseases. Some believe the best hope for a more resilient banana is through genetic engineering. However, the resulting fruit also needs to taste good, ripen in a predictable amount of time, travel long distances undamaged, and be easy to grow in great quantities. Currently, no cultivar or hybrid meets all of these criteria.

Австралиялық карантин

Квинсленд штатында 2015 жылдың 3 наурызында ТР4 анықталғаннан кейін Брисбеннің солтүстігіндегі Таллидегі шаруашылық карантинге алынды және кейбір өсімдіктер жойылды. Жұқтырған шаруашылықты алғашқыда тоқтатқаннан кейін, сәуір айында қатаң биологиялық қауіпсіздік шараларымен жемістерді жинауға рұқсат берілді және жүк көліктері шығарылды. Үкімет бұл саңырауқұлақты жоюдың мүмкін емес екенін мәлімдеді. Вагенинген университетінде (Нидерланды) жұмыс істейтін Герт Кема сияқты зерттеушілер, оған осал сорттар өсірілген жағдайда, оны тоқтатуға жасалған барлық күш-жігерге қарамастан, аурудың таралуы жалғаса береді дейді. 2017 жылдың шілдесінде Таллиде ауру қайта табылды, соның салдарынан Квинсленд Биологиялық қауіпсіздік қызметі карантин шараларын енгізді. 2021 жылдың 15 ақпанынан 24 мамырына дейін Квинсленд Биологиялық қауіпсіздігінің жұмысын тексеру үшін тәуелсіз сарапшылар шақырылды. Олардың бағалауынша, Квинсленд Биологиялық қауіпсіздігінің жылдам және тиімді жауабы басқа елдер үшін үлгі болып табылады. Қазіргі уақытқа дейін TR4 тек Талли аңғарында ғана қысылып отыр және кездейсоқ адамның қозғалысын және ағын су арқылы тасымалдауды тоқтату мүмкін болса, оны тоқтатуға болатыны айтылуда.

Колумбияға таралды

2019 жылдың тамызында Колумбия билігі Панама ауруының Латын Америкасына жеткенін растағаннан кейін ұлттық төтенше жағдай жариялады. «Оны көрген соң, тым кеш болады, және ол аймақтан тыс жерлерде анықталмай тараған болуы мүмкін», - деді National Geographic басылымы бір сарапшының сөзін келтіре отырып. Карбендазим және калий фосфонатымен инъекция жасау белгілі бір деңгейде бақылауға мүмкіндік беретін сияқты көрінеді, бірақ нәтижелері нақты емес. Филиппинде топырақты жылумен өңдеу әдісі де қолданылды, бірақ патоген өңделген аумаққа қайтадан таралуы мүмкін. Фузариум оксиспорум f. sp. кубенс (Foc) ауруына қатысты алғашқы зерттеулерді көбінесе банан өнімділігіне қызығушылығы бар ірі компаниялар жүргізді, әсіресе United Fruit Company. UFC-нің белгілі патологтарының бірі 1920 жылдары Фредерик Веллман болды. 2008 жылы Уганда мен Бельгия ғалымдары бірлесіп әзірлеген модификацияланған бананның Угандада тәжірибелік түрде өсіріліп жатқаны хабарланды. Австралияда TR4, Bunchy Top және жапырақ дақтарының күшін азайту үшін өсімдік көбейту материалының қозғалысы, таратылуы және сатылуы, әсіресе штаттар арасында қатаң шектеледі. RGA2 гені (2017 жылғы мәліметтер бойынша) TR4-ке қарсы толық тиімді. Ол Кавендиш түрінде өрнектелмейді, бірақ диплоидты M. acuminata ssp. malaccensis түрінде өрнектелгені анықталды. CRISPR технологиясын қолдану арқылы өрнектелетін Кавендиш түрін жасау мүмкін. Қазіргі уақытта фунгицидтер және басқа да химиялық және биологиялық бақылау агенттері Панама ауруына қарсы тиімсіз болып көрінеді немесе тек in vitro жағдайларында немесе жылыжайларда ғана тиімді. Ең көп қолданылатын тәжірибелерге Панама ауруының жұқтырған егістіктерден таралуын болдырмау үшін санитарлық және карантиндік шаралар кіреді. Дегенмен, Панама ауруына қарсы ең тиімді құрал – Fusarium oxysporum f. sp. кубенс-ке төзімді банан өсімдіктерін өсіру болып табылады. Бананның клоналды көбеюі басқа сорттардың жетіспеуіне әкелді. Төзімді сорттарды өндіруге күш салынып жатыр, бірақ банан триплоидты болғандықтан, тұқымдарды өндірмейді, сондықтан бұл оңай шаруа емес. Түйіндерден емес, тіндік мәдениеттен клондар жасау төзімді сорттарды өсіруде белгілі бір сәттілікке жетті, бірақ олардың стресске төзімділігі, өнімділігі немесе коммерциялық сорттар үшін қажетті басқа да пайдалы қасиеттері төмендеуі мүмкін. Тайваньдық зерттеушілер TR4-тің пайда болуын химиялық тыңайтқыштардың қолданылуынан туындаған топырақтың нашарлауымен байланыстырады. Hong және авторлар (2020) бірыңғай егістікте балдыр мен бананды ауыстыру арқылы айтарлықтай нәтижеге қол жеткізді. Бұл жетістік тек Musa үшін ғана емес, жалпы егістіктер үшін де маңызды, бұл мал шаруашылығында да ұқсас «айналым» қағидатын қолдануға кеңес береді. Бананның әртүрлі сорттарының патогенге төзімділігі зерттелуде. FAO санитарлық-диагностикалық нұсқаулық ұсынады.

In August 2019, authorities in Colombia declared a national emergency after confirming that Panama disease had reached Latin America. "Once you see it, it is too late, and it has likely already spread outside that zone without recognition," said one expert quoted by National Geographic. Injecting the host plants with carbendazim and potassium phosphonate appears to provide some control but results have been inconclusive. Heat treatment of soil has also been tried in the Philippines but the pathogen is likely to reinvade the treated area. Early research into Foc often was conducted by large companies with a financial interest in banana productivity, especially the United Fruit Company. Among UFC's notable pathologists was Frederick Wellman in the 1920s. Modified bananas developed in collaboration by Ugandan and Belgian scientists were reported in 2008 to be grown experimentally in Uganda. In Australia the movement, sharing, and sale of propagation material is heavily restricted, especially between states, to slow down the combined threat of TR4, Bunchy Top, and leaf spot. The RGA2 gene is (as of 2017) totally effective against TR4. It is unexpressed in Cavendish but has been found expressed in the diploid M. a. ssp. malaccensis. It may be possible to produce an expressing Cavendish with CRISPR. Currently, fungicides and other chemical and biological control agents have proven fairly unsuccessful, or only successful in vitro or in greenhouses, in the face of Panama disease of bananas. The most commonly used practices include mostly sanitation and quarantine practices to prevent the spread of Panama disease out of infected fields. However, the most effective tool against Panama disease is the development of banana plants resistant to Fusarium oxysporum f. sp. cubense. The clonal reproduction of banana has led to a consequential lack of other varieties. Efforts are being made to produce resistant varieties, but with bananas being triploids which do not produce seeds, this is not an easy task. Creating clones from tissue cultures, rather than suckers, has proven somewhat successful in breeding resistant varieties, although these tend to have decreased success in stress tolerance, yield, or other beneficial traits necessary for commercial varieties. Taiwanese researchers believe that the onset of TR4 was linked to soil degradation caused by the use of chemical fertilizers. Hong et al 2020 achieved significant suppression with a chilli pepper/banana rotation. This success is not merely applicable to Musa or even crops in general it suggests that a similar "rotation" concept in livestock is advisable. The resistance of different banana cultivars to the pathogen is under scrutiny. The FAO provides a sanitation and diagnostic manual.