Кіріспе
Бір жасушалы организмнің түрі – Phytophthora infestans – оомицет немесе су саңырауқұлағы, картоп пен помидордың қауырсыны немесе картоп қауырсыны деп аталатын ауыр ауруды қоздыратын саңырауқұлаққа ұқсас микроорганизм. Alternaria solani қоздырған ерте қауырсын да жиі "картоп қауырсыны" деп аталады. Бұл организм 1840 жылдардағы Еуропа, 1845–1852 жылдардағы Ирландия және 1846 жылғы Шотландия таулы аймақтарындағы картоп аштығының басты себебі болды. Бұл патоген Solanaceae тұқымдасының басқа да өкілдерін жұқтыруы мүмкін. Патогенге ылғалды, салқын орта тиімді: спорациялау суға толы немесе толыққандай жақын ортада ең жақсы жағдайға ие, ал зооспора өндірісі 15 °C (59 °F) төмен температурада көбірек байқалады. Зақымданудың өсу жылдамдығы әдетте біршама жылырақ температура диапазонында оңтайлы болады.
Phytophthora infestans is an oomycete or water mold, a fungus like microorganism that causes the serious potato and tomato disease known as late blight or potato blight. Early blight, caused by Alternaria solani, is also often called "potato blight". Late blight was a major culprit in the 1840s European, the 1845–1852 Irish, and the 1846 Highland potato famines. The organism can also infect some other members of the Solanaceae. The pathogen is favored by moist, cool environments: sporulation is optimal at in water saturated or nearly saturated environments, and zoospore production is favored at temperatures below 15 °C (59 °F). Lesion growth rates are typically optimal at a slightly warmer temperature range of .
Этимология
Фитофтора туысының атауы грек тіліндегі φυτό (фито) сөзінен, яғни "өсімдік" деген мағынасынан және грек тіліндегі φθορά (фтора) сөзінен, яғни "шіру, құлдилау, қырылу" деген мағынасынан шыққан. Түр атауы – инфестанс, латын тіліндегі инфестаре етістігінің қазіргі уақыт формасы, "шабуылдау, жою" дегенді білдіреді, содан "зарарсыздану" сөзі туындаған. Phytophthora infestans атауын 1876 жылы неміс микологы Генрих Антон де Бари (1831–1888) берген.
Өмір циклы, белгілері мен симптомдары
Phytophthora infestans-тың жыныстық емес өмір циклі гифалық өсудің, споруляцияның, спорангиялық өсіп-өнудің (зооспора шығару арқылы немесе тікелей өсіп-өну арқылы, яғни спорангиумнан шығу түтігінің пайда болуы) және гифалық өсудің қайта жаңартылуының кезектесіп алмасуымен сипатталады. Сонымен қатар, жыныстық цикл де бар, ол қарама-қарсы жұптасу типіндегі (A1 және A2, төменде қараңыз) изоляттар кездескенде жүзеге асады. Гормоналдық байланыс жыныстық споралардың, яғни ооспоралардың пайда болуына ықпал етеді. Споралардың әртүрлі түрлері P. infestans-тың таралуы мен тіршілік етуінде маңызды рөл атқарады. Спорангиялар желмен немесе сумен таралады және P. infestans-тың әртүрлі жазық иелері арасында жылжуына мүмкіндік береді. Спорангиядан шығарылатын зооспоралар екі қамшылы және химиотактикалық болып келеді, бұл P. infestans-қа жапырақтар мен топырақтағы су қабаттарында одан әрі қозғалуға мүмкіндік береді. Спорангиялар да, зооспоралар да қысқа ғұмырлы, ал ооспоралар көп жылдар бойы тірі қалуға қабілетті. Адамдар P. infestans-тың картоп жапырақтары мен сабақтарының бетінде, көбінесе су немесе шық жиналатын ұштары мен жиектерінің жанында, қою жасыл, содан кейін қоңыр, содан кейін қара дақтар пайда ететінін байқай алады. Спорангиялар мен спорангиофорлар жапырақтардың төменгі жағында ақ түсті болып көрінеді. Түбірлік шілмешікке келетін болсақ, көбінесе түбірдің бетінде ақ мицелий пайда болады. Қолдаушы жағдайларда, P. infestans картоп немесе помидор жапырақтарында өмірлік циклын шамамен бес күнде аяқтайды. Бұл бүкіл егістікті жойып, қатты зиян келтіруі мүмкін.
Генетика
P. infestans 8–10 хромосомалы диплоид, ал 2009 жылы ғалымдар оның геномдық тізбесін толықтай анықтады. Геномның басқа Phytophthora түрлерінің геномдарымен салыстырғанда (240 Мбб) айтарлықтай үлкен екені анықталды; P. sojae-ның геномдық өлшемі 95 Мбб, ал P. ramorum-ның 65 Мбб құрайды. P. infestans геномында шамамен 18 000 ген табылды. Сондай-ақ, онда әртүрлі транспозондар мен патогендік қасиеттерге себепші эффектті ақуыздарды кодтайтын көптеген гендік отбасылар бар. Бұл ақуыздар симпласта (өсімдік жасушаларының ішінде) немесе апопласта (өсімдік жасушаларының арасында) сулы саңылаудың әсерінен өндірілуіне байланысты екі негізгі топқа бөлінеді. Симпласта өндірілетін ақуыздарға RXLR ақуыздары жатады, олар ақуыздың амино-терминалында аргинин X лейцин аргинин (мұнда X кез келген аминқышқылы болуы мүмкін) тізбесін қамтиды. Кейбір RXLR ақуыздары авируленттілік ақуыздары болып табылады, яғни оларды өсімдік анықтап, патогеннің өсуін шектейтін жоғары сезімталдық реакциясын тудырады. P. infestans басқа Phytophthora түрлеріне қарағанда осы ақуыздардың шамамен 60%-ға жуығын кодтайтыны анықталды. Апопласта табылғандарға өсімдік тінін ыдырататын протеазалар, липазалар және гликозилазалар сияқты гидролиттік ферменттер, иесінің қорғаныс ферменттерінен қорғайтын фермент ингибиторлары және некротизациялық токсиндер жатады. Жалпы алғанда, геномның өте жоғары қайталану деңгейі (шамамен 74%) және кейбір аймақтарда көптеген гендер болса, ал басқаларында өте аз гендер бар ерекше ген таралуы анықталды. Патогеннің Еуропадан алынған көптеген изоляттарында жоғары аллельдік әртүрлілік байқалды.
Зерттеу
P. infestans зерттеуі АҚШ-та үлгі алуда қиындықтар тудырады. Жақында жүргізілген зерттеу осы екі баламалы гипотезаны бағалап, Мексиканың орталық бөлігін пайда болу орталығы деп нақтылады. Мексика, әсіресе Толука алқабы, үшін дәлелдемелер көптеген байқаулардан тұрады, соның ішінде популяциялар Мексикада генетикалық тұрғыдан ең әртүрлі, кешіккен шіру ауруы Solanum тұқымдас жергілікті түбірлі өсімдіктерде кездеседі, патогеннің популяциялары Харди-Вайнберг тепе-теңдігінде, екі жұптасу типі (жоғарыдағы § Жұптасу түрлері) 1:1 қатынаста кездеседі, сондай-ақ толыққанды филогеографиялық және эволюциялық зерттеулер жүргізілді. Бұған қоса, P. infestans-тің ең жақын туыстары, атап айтқанда P. mirabilis және P. ipomoeae, Мексиканың орталық бөлігінде ғана табылған. Керісінше, Оңтүстік Америкада табылған жалғыз жақын туысы, атап айтқанда P. andina, P. infestans-пен ортақ ата-тегі жоқ гибрид болып табылады. Соңында, Оңтүстік Америкадағы P. infestans популяциялары генетикалық әртүрліліктен мүлдем құр және клоналды. Мексикадан Солтүстік Америкаға немесе Еуропаға миграциялар тарих бойы бірнеше рет болған, бұл, әдетте, түбірлердің қозғалысымен байланысты. 1970 жылға дейін A2 жұптасу типі Мексикамен шектелген, бірақ қазір әлемнің көптеген аймақтарында A1 және A2 изоляттарын бір аймақта кездестіруге болады. Екі жұптасу типінің бір уақытта кездесуі жыныстық рекомбинация және қыстауға төзімді ооспоралардың қалыптасу мүмкіндігіне байланысты маңызды. Дегенмен, ооспоралардың қалыптасуы тек Мексика мен Скандинавияда ғана қыстауға көмектеседі деп саналады. Еуропаның басқа аймақтарында жыныстық көбеюдің нәтижесінде генетикалық әртүрлілік артып отыр. Бұл маңызды, себебі P. infestans-тың әртүрлі түрлері картоп немесе томатқа қарсы агрессивтілігі, спорация жылдамдығы және фунгицидтерге сезімталдығы бойынша өзгешеліктерді көрсетеді. Мұндай қасиеттердің өзгеруі Солтүстік Америкада да байқалады, бірақ генетикалық әртүрліліктің басты себебі Мексикадан жаңа генотиптерді импорттау болып табылады, ал картоп немесе томат егістіктерінде жыныстық рекомбинация емес. Мексикадан тыс жерлерде 1980 жылдардан бері пайда болған көптеген штаммдар күштірек болды, нәтижесінде егін шығындары артты. (картоп үшін). Жапыраққа қолданылатын ең көп қолданылатын фунгицидтердің бірі - Ридомил, Гейвел/Супертин қоспасы және Превикур Флекс. Жоғарыда аталған фунгицидтердің барлығын манкоцеб немесе хлороталонил сияқты кең спектрлі фунгицидпен араластыру қажет, бұл тек төзімділікті басқару үшін ғана емес, сонымен қатар картоп өсімдіктеріне басқа патогендер де бір уақытта шабуыл жасайды. Егер егістікті мұқият тексеріп, аурудың дамуынан кейін ерте кезінде кесек шіру анықталса, картоп өсімдіктерінің шектеулі бөліктерін кептіргішпен (мысалы, парақват) бүлдіруге болады. Бұл басқару әдісін кейбір өсімдік вирустарымен өзара әрекеттесуде кездесетін жағдайға ұқсас, егістік деңгейіндегі гипер сезімталдық реакциясы ретінде қарастыруға болады, онда инфекцияның бастапқы нүктесін қоршаған жасушалар патогеннің таралуын болдырмау үшін өлтіріледі. Егер жұқтырған түбірлер сақтауға түсіп кетсе, бүкіл контейнердің сақталу мерзіміне қауіп өте жоғары. Сақтауға түскеннен кейін, Phytophthora infestans жұқтырған түбірлер бар бөліктерді шығарудан басқа шара қолдануға болмайды. Кешіккен шіру ауруының дамуы белгілі болған егістіктен картопты сақтау мүмкіндігін арттыру үшін, сақтауға түсіру алдында кейбір өнімдерді қолдануға болады (мысалы, Фострол). Әлем бойынша бұл ауру жыл сайын егінге шамамен 6 миллиард долларлық зиян келтіреді. Генетикалық инженерия төзімді сорттарды жасауға да мүмкіндік береді. Картоптың жабайы туысы - Solanum bulbocastanum-нан көптеген белгілі штаммдарға қарсы тиімді резистентті ген анықталды және генетикалық инженерия арқылы картоптың өсірілген сорттарына енгізілді. Бұл цисгендік генетикалық инженерияның мысалы. Өсімдіктегі мелатонин/P. infestans ортасы паразиттің стресске төзімділігін азайтады.
Иннокулумды азайту
Блейт инфекциясын жұқтыру көзін шектеу арқылы бақылауға болады. Компост, топырақ немесе отырғызу ортасын қыздыру арқылы Phytophthora infestans сияқты омицеттерді өлтіруге болады. Омицеттерді стерильдеу үшін ұсынылатын температура 30 минуттай болады.
Қоршаған орта жағдайлары
P. infestans-қа қолайлы бірнеше қоршаған орта жағдайлары бар. Мысалы, 2009 жылғы өсіп-өну маусымында АҚШ-та осындай жағдай болды. Маусым орташадан суық және жауын-шашын мөлшері орташадан көп болғандықтан, әсіресе шығыс штаттарында қызанақ өсімдіктерінің кең таралған жұқпауына себеп болды. BLITECAST сияқты ауа райын болжау жүйелерін пайдалану арқылы, егер егіннің жапырақ жабыны жабылатын кезде келесі шарттар орын алса, эпидемияны болдырмау үшін фунгицидтерді қолдану ұсынылады. Белгілі бір кезең – 48 сағаттың үздіксіз мерзімі, оның кемінде 46 сағатында температура мен салыстырмалы ылғалдылық көрсеткіштері сәйкесінше 75%-тан кем емес. Екінші кезең – кемінде екі күн қатарынан ең төменгі температура 9°C жоғары және әр күні салыстырмалы ылғалдылық 90%-дан жоғары болатын кемінде 11 сағат. Бомонт пен Смит кезеңдері дәстүрлі түрде Ұлыбританиядағы фермерлер қолданса, басқа аймақтардағы фермерлер басқаша критерийлерді әзірледі. Осы шарттар мен басқа факторларға негізделген бірнеше құралдар фермерлерге ауруды басқаруға және фунгицидтерді қолдануды жоспарлауға көмектеседі. Олар көбінесе веб-сайттар немесе смартфондар арқылы қолжетімді шешімдерді қолдау жүйелерінің құрамында қолданылады. Бірнеше зерттеулер ауадағы спорангияны ағын цитометриясы немесе микроскопия арқылы анықтауға арналған жүйелерді әзірлеуге тырысты, олар ауа үлгілерінен алынған. Бұл әдістер өсімдіктерде анықталған ауру белгілері пайда болуына дейін спорангияны анықтауға мүмкіндік беретіндігін көрсетіп отыр, бұл қолданыстағы шешімдерді қолдау жүйелерін жетілдіруге пайдалы болар еді, бірақ олардың ешқайсысы әзірге коммерциялық мақсатта қолданылмады.
Фунгицидтерді қолдану
Картоптың фитофторозын бақылауға арналған фунгицидтер әдетте тек профилактикалық түрде, мүмкін болған жағдайда ауруды болжаумен бірге қолданылады. Сезімтал сорттарда кейде фунгицидтерді апта сайын қолдану қажет болуы мүмкін. Алғашқы өңдеу ең тиімді. Фунгицидтің таңдалуы P. infestans-тың жергілікті штаммдарының ерекшеліктеріне байланысты болуы мүмкін. Металаксил – P. infestans-қа қарсы қолданылатын фунгицид, бірақ оны жеке қолданғанда күшті резистенттілік мәселелері туындады. 1980 және 1990 жылдардағы әлемнің кейбір аймақтарында P. infestans штаммдарының көпшілігі металаксилге төзімділік танытты, бірақ кейінгі жылдары көптеген популяциялар қайтадан сезімталдыққа оралды. Резистенттіліктің пайда болуын азайту үшін металаксил сияқты бір мақсатты фунгицидтерді карбаматты қосылыстармен бірге қолдану қатаң ұсынылады. Металаксилге төзімді штаммдарды басқару үшін басқа қосылыстардың комбинациясы ұсынылады. Оларға мандипропамид, хлороталонил, флуазинам, трифенилтин, манкозеб және тағы да басқалары жатады. АҚШ-тағы Қоршаған ортаны қорғау агенттігі кеш фитофторозға қарсы қолдану үшін оксатиапипролинге рұқсат берді. Африкадағы шағын фермерлік шаруашылықтарда фунгицидтерді қолдану үш күнде бір рет қажет болуы мүмкін.
Органикалық өндірісте
Бұрын картоптың көмескі ауруына қарсы күресу үшін мыс(II) сульфатының ерітіндісі ("көгілдір тас") қолданылған. Мыс пестицидтері органикалық егістерде мыс гидроксиді және мыс сульфаты түрінде қолданылуда. Мыстың уыттылығының қауіптерін ескере отырып, тиімділігі дәлелденген басқа да органикалық бақылау шараларына бау-бақша майлары, фосфор қышқылы және рамнолипидтік биосурфактанттар жатады, ал "пайдалы" микроорганизмдерді (мысалы, Bacillus subtilis) қамтитын немесе өсімдікті қорғаныс химиялық заттарды өндіруге ынталандыратын қосылыстар (мысалы, тамыржоғарғы өсімдіктердің сығындысы) тиімді болған жоқ. 2008 жылғы егін маусымында Ұлыбританияда өндірілген және Soil Association ұйымымен органикалық деп сертификатталған көптеген органикалық картоптар картоптың көмескі ауруын бақылау үшін мыс пестицидімен шашырылды. Soil Association мәліметінше, органикалық жерге қолданылатын мыстың жалпы мөлшері жылына ... тонды құрайды.
Өкпе ауруын жою
Ридж көбінесе картоптың фитофтороздық жұқпасынан түйіндірдің ластануын азайту үшін қолданылады. Бұл әдетте картоп сабақтарының айналасына топырақ немесе мульча үйіруді қамтиды, бұл патогеннің түйіндікке жетуі үшін ұзақ қашықтықтан өтуіне мәжбүр етеді. Тағы бір тәсіл – жинаудан шамамен бес апта бұрын өсімдік жапырақтарын жою, үшін контакттік гербицид немесе күкірт қышқылы қолданып, жапырақтарды күйдіру арқылы. Жұққан жапырақтарды жою түйіндік жұқтыру мүмкіндігін азайтады.
Тарихи әсері
1845–52 жылдары Ирландиядағы Phytophthora infestans әсері бір миллионнан астам адамның аштықтан қаза болуына және тағы екі миллион адамның зардап шеккен елдерден эмиграцияға мәжбүр болуына себеп болған факторлардың бірі болды. Көбінесе 1840 жылдардың соңындағы Ұлы Ирландия ашаршылығы айтылады, одан Ирландия халқы әлі толыққанды қалпына келген жоқ. Аурудың алғашқы тіркелген жағдайлары 1843 жылдың басында АҚШ-та, Филадельфия және Нью-Йорк қалаларында тіркелді. Содан кейін жел спораларды таратып, 1845 жылы Иллинойс штатынан Нова-Скотияға, Вирджиниядан Онтариоға дейін тарады. 1845 жылы бельгиялық фермерлерге тұқымдық картоп жіберілген кезде Атлант мұхитын кесіп өтті. Еуропаның барлық картоп өсіретін елдері зардап шекті, бірақ картоп шіруі Ирландияға ең ауыр соқты. Ирландияның тағдырына аралдың бір ғана картоп түріне – ирландтық Ламперге пропорционалды түрде тәуелділігі себеп болды. Генетикалық әртүрліліктің болмауы, Чилоэ архипелагынан шыққан штаммдар Еуропадағы перулік картопты ығыстырғаннан кейін, ұйым үшін сезімтал қонақжайып популяцияны құрады. Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде Германиядағы барлық мыс оқ-дәрі қабықтары мен электр сымдарын жасауға жұмсалды, сондықтан картопты бүрку үшін мыс сульфатын жасау мүмкін болмады. Сондықтан Германиядағы картоптың кең таралған шіруі емделмеді, нәтижесінде картоптың жетіспеуі 700 000 неміс азаматының аштықтан қаза болуына әкелді. 1941 жылдан бері Шығыс Африка Еуропадан келген P. infestans штаммынан туындаған картоп өнімділігінің төмендеуінен зардап шегуде. Франция, Канада, АҚШ және КСРО 1940-1950 жылдары P. infestans-ты биологиялық қару ретінде зерттеді. Картоп шіруі АҚШ биологиялық қару бағдарламасын тоқтатқанға дейін зерттелген 17 агенттің бірі болды. Патогенге негізделген қарудың тиімділігі күмәнді, өйткені жаудың егістігіне тірі патогенді жеткізу қиын, сондай-ақ аурудың таралуында бақылана алмайтын қоршаған орта факторларының рөлі бар. А2 типіндегі кеш шіру Австралияда әлі анықталған жоқ және қатаң карантиндік шаралар қолданылуда. Ауру Қытайда, Үндістанда және Оңтүстік-Шығыс Азия елдерінде кездеседі. 2009 жылы АҚШ-тың солтүстік-шығысындағы помидор өсімдіктерінде P. infestans-тың кең таралған жарылысы болды. P. infestans-тың алғашқы пайда болуынан бері кезең-кезеңмен туындаған эпидемияларды ескере отырып, оны кезең-кезеңмен пайда болатын патоген – немесе кезең-кезеңмен «қайта пайда болатын патоген» деп қарастыруға болады.