Введение
Болезнь некоторых деревьев семейства Розовые (особенно яблок и груш), вызванная Erwinia amylovora. Огневка, также написанная как огненная болезнь, – заразное заболевание, поражающее яблоки, груши и некоторые другие представители семейства Розовые. Она представляет серьезную угрозу для производителей яблок и груш. В оптимальных условиях огнёвка может уничтожить весь сад за один вегетационный период. Возбудителем является Erwinia amylovora – грамотрицательная бактерия рода Erwinia, порядка Enterobacterales. Это короткая палочковидная бактерия с закругленными концами и множеством перитрихозных жгутиков. Груши наиболее восприимчивы, но также уязвимы яблоки, мушмула, яблони-крабочки, айва, боярышник, котонеастер, пираканта, малина и некоторые другие розоцветные растения. Считается, что болезнь возникла в Северной Америке, откуда распространилась по всему миру. Огневка, предположительно, отсутствует в Австралии, хотя её возможно там наличие. Она стала основной причиной длительного эмбарго на импорт новозеландских яблок в Австралию. В Европе огнёвка включена в список карантинных заболеваний и распространяется вдоль живых изгородей из боярышника (Crataegus), высаженных вдоль железных дорог, автомагистралей и основных трасс.
Fire blight, also written fireblight, is a contagious disease affecting apples, pears, and some other members of the family Rosaceae. It is a serious concern to apple and pear producers. Under optimal conditions, it can destroy an entire orchard in a single growing season. The causal pathogen is Erwinia amylovora, a Gram negative bacterium in the genus Erwinia, order Enterobacterales. It is a short rod with rounded ends and many peritrichous flagellae. Pears are the most susceptible, but apples, loquat, crabapples, quinces, hawthorn, cotoneaster, Pyracantha, raspberry and some other rosaceous plants are also vulnerable. The disease is believed to be indigenous to North America, from where it spread to most of the rest of the world. Fire blight is not believed to be present in Australia though it might possibly exist there. It has been a major reason for a long standing embargo on the importation of New Zealand apples to Australia. In Europe it is listed as a quarantine disease, and has been spreading along Hawthorn (Crataegus) hedges planted alongside railways, motorways and main roads.
История
Эксперименты в начале 1800-х годов показали, что E. amylovora вызывает заболевания растений, и это было продемонстрировано впервые. E. amylovora был обнаружен Фрицем Клементом, немецким ученым, в 1910 году. Общепринято считать, что эта разрушительная бактерия, поражающая сельскохозяйственные культуры, первоначально возникла в Северной Америке. Сегодня E. amylovora встречается во всех провинциях Канады, а также в некоторых штатах Соединенных Штатов Америки, включая Алабаму, Калифорнию, Колорадо, Коннектикут, Джорджию, Иллинойс, Мэн, Мэриленд, Массачусетс, Мичиган, Нью-Йорк, Северную Каролину, Огайо, Орегон, Пенсильванию, Техас, Юту, Вирджинию, Вашингтон, Западную Вирджинию и Висконсин. В Америке она также встречается в других странах, в том числе в Мексике и на Бермудских островах. На африканском континенте наличие E. amylovora подтверждено в Египте. Предполагается, что возбудитель болезни впервые был занесен в Северную Европу в 1950-х годах с фруктовыми контейнерами, загрязненными бактериальным экссудатом, импортированными из США. В 1950-х – 1960-х годах E. amylovora распространилась по большей части Северной Европы. Первоначально обширные территории Германии и Франции казались свободными от огненной болезни, но болезнь и E. amylovora были обнаружены в Германии в конце 1990-х годов. В 1980-х годах бактерия была обнаружена в изолированных районах Восточного Средиземноморья, а в период с 1995 по 1996 год начали регистрироваться случаи огненной болезни в таких странах, как Венгрия, Румыния, Северная Италия и Северная Испания.
Распространение
Erwinia amylovora зимует в раковых образованиях, сформировавшихся в предыдущий сезон. Весной более высокие температуры способствуют развитию, и из раковых образований начинает выделяться бактериальный экссудат. Факторы, определяющие активацию раковых образований, изучены недостаточно, но считается, что образования на более крупных или старых ветвях дерева активируются чаще. Медоносные пчелы и другие насекомые привлекаются этим экссудатом и могут переносить бактерии на восприимчивые ткани, такие как рыльца цветков. Птицы, дождь и ветер также могут переносить бактерии на восприимчивые ткани, колонизация которых в значительной степени зависит от температуры (21-27°C наиболее благоприятна) и влажности, будь то дождь или обильная роса. Попадание бактерий в нектарии вызывает "цветковую гниль". Цветки возрастом от одного до трех дней более восприимчивы, чем цветки возрастом от пяти до восьми дней. Подробности и источник – Curry, 1987. Помимо проникновения через цветки, бактерия может проникать в растение через устьица. Также высоко восприимчивы к заражению повреждения, такие как проколы, вызванные сосущими насекомыми, и трещины, возникшие по различным причинам, включая использование зараженных инструментов для обработки почвы. Несколько минут сильного града могут распространить болезнь по всему саду, и садоводы обычно не ждут появления симптомов, а начинают меры контроля в течение нескольких часов. Получив доступ к ксилеме или корковой паренхиме растения, бактерия вызывает почерневшие, некротические поражения, которые также могут выделять вязкий экссудат. Этот экссудат, содержащий бактерии, может распространяться на другие части того же растения или на восприимчивые участки других растений с дождем, птицами или насекомыми, вызывая вторичные инфекции. Болезнь распространяется наиболее быстро в теплую, влажную погоду и находится в состоянии покоя зимой, когда температура падает. Патоген распространяется по дереву от точки заражения через сосудистую систему растения, в конечном итоге достигая корней и/или места прививки. Поражение корней часто приводит к гибели растения. Чрезмерная обрезка и избыточное удобрение (особенно азотом) могут стимулировать рост волчков и других летних побегов, делая дерево более восприимчивым. К сожалению, эффективного лечения огненной болезни не существует; лучше всего предотвращать ее распространение, избегая дождевания сверху, так как падающая вода способствует распространению болезни, и тщательно обрезая пораженные стебли или ветви. Необходимо уделять особое внимание дезинфекции садовых инструментов, которые могли контактировать с возбудителем. Для дезинфекции следует использовать спиртовой раствор, содержащий три части денатурированного спирта на одну часть воды. Также можно использовать разбавленный бытовой отбеливатель (одна часть отбеливателя на девять частей воды). После дезинфекции инструменты следует высушить и смазать маслом для предотвращения коррозии. Муха Delia platura наблюдалась на ранах, вызванных огненной болезнью, где она питается, и может успешно переносить возбудитель на уже поврежденные яблоневые побеги. Экзополисахариды (EPS) помогают бактериальным патогенам избегать защиты растений, "закупоривать" сосудистую систему хозяина, защищать бактерии от высыхания и прикрепляться к различным поверхностям и друг к другу. Один из EPS – амиловоран, полимер, состоящий из повторяющихся пентасахаридных звеньев. Штаммы E. amylovora, не способные производить амиловоран, не являются патогенными и не могут распространяться в растениях. Леван – еще один EPS, и его недостаток замедляет развитие симптомов. Системы секреции типа III используются для экспорта и доставки эффекторных белков в цитозоль растений-хозяев. Эта система состоит в основном из белков Hrc. Мотильность – еще один важный фактор вирулентности. Поскольку E. amylovora не является облигатным биотрофом, она способна выживать вне хозяина. Это позволяет возбудителю распространяться различными способами.
Симптомы
Ткани, пораженные симптомами Erwinia amylovora, включают цветки, плоды, побеги и ветви яблони (Pomoideae), груши и многих других растений семейства розовых. Все симптомы проявляются над землей и обычно легко узнаваемы. Симптомы на цветках включают водянистость цветоложа, завязи и цветоножек. Это приводит к тусклому серо-зеленому виду через 1–2 недели после опадания лепестков, в конечном итоге ткани сморщиваются и чернеют. У основания цветка и молодых плодов наблюдаются схожие симптомы по мере распространения инфекции. При высокой влажности на пораженных тканях можно увидеть непрозрачные белые или янтарные капли бактериального экссудата. Побеги проявляют аналогичные симптомы, но они развиваются гораздо быстрее. Может возникнуть "пастуший крюк", когда кончик побега увядает, а больные листья побега обычно чернеют вдоль центральной жилки перед отмиранием. При большом количестве пораженных побегов дерево приобретает вид увядания. Инфекция цветков и побегов может распространиться на более крупные ветви. Ветви темнеют и становятся водянистыми, в конечном итоге в коре появляются трещины. Древесина под корой приобретает черно-полосатый вид. Незрелые плоды образуют водянистые пятна, которые впоследствии чернеют. На этих пятнах можно обнаружить бактериальный экссудат. При сильном заражении плоды полностью чернеют и сморщиваются.
Управление
В попытке предотвратить новые инфекции, растения в некоторых частях мира, таких как США, опрыскивались стрептомицином, сульфатом меди или обоими, однако было установлено, что это эффективно лишь для замедления или временной остановки роста уже пораженных растений. Широкое применение стрептомицина привело к развитию устойчивости к антибиотикам в некоторых регионах, например, в Калифорнии и Вашингтоне. Некоторые биологические методы борьбы, основанные на использовании полезных бактерий или дрожжей, также могут предотвратить заражение новых деревьев. Единственным эффективным способом лечения уже зараженных растений является обрезка пораженных ветвей и их удаление из зоны поражения. Лекарства от этого заболевания не существует, ключевым является профилактика. Методы прогнозирования вероятности вспышки болезни, позволяющие наиболее эффективно применять меры контроля, были разработаны с 1980-х годов на основе исследований Ив Биллингс, проведенных в East Malling Research Station (Великобритания). Эти методы основывались на данных о температуре и количестве осадков и были усовершенствованы Биллингс и другими исследователями. E. amylovora обычно необходимо уничтожать на внешней поверхности, до того как она проникнет в ткани растений, поскольку, попав внутрь хозяина, она распространяется в ходе эндофитной фазы патогенеза. После этого внешние методы контроля становятся неэффективными. Наиболее эффективным методом профилактики является опрыскивание растений медью и антибиотиками. В настоящее время отмечено, что E. amylovora выработала устойчивость к стрептомицину, как и большинство бактерий, способных к горизонтальному переносу генов между видами. Новые исследования, проведенные Джоном С. Уайзом из Мичиганского государственного университета, показали, что E. amylovora можно контролировать с достаточной эффективностью путем инъекций в стволы деревьев стрептомицина, фосфитов калия (PH) или ацибензоляр-S-метила (ASM). PH и ASM действуют путем индукции генов PR 1, PR 2 и PR 8 в листьях. Также был протестирован окситетрациклиновый гидрохлорид (OTC), который значительно снижает активность бактерий внутри дерева. Эти новые методы контроля все еще находятся на стадии исследования и не одобрены EPA для применения в производстве плодов. Фитосанитарные меры считаются наиболее эффективными санитарными мерами для предотвращения распространения E. amylovora. Странам с высоким риском рекомендуется не импортировать растения, восприимчивые к этому патогену, поскольку после того, как бактерия закрепится в регионе, искоренить болезнь практически невозможно. Питомники и сады в таких регионах подвергаются строгому фитосанитарному надзору и тщательно контролируются. Импортированные и зараженные растения уничтожаются сразу после обнаружения, поскольку бактерия распространяется очень быстро, а методы искоренения обычно дорогостоящие и неэффективные. Современные стратегии борьбы с паршой включают фитосанитарные меры для снижения количества инокулята на плантации и использование препаратов для предотвращения заражения, особенно во время цветения. Уменьшение количества первичного инокулята на плантации путем удаления остатков пораженных ветвей во время зимней обрезки является базовым методом контроля болезни. На сильно пораженных плантациях агротехнические приемы, замедляющие рост деревьев, также замедлят развитие раковых язв. Это включает в себя регулирование полива, внесения азотных удобрений и агротехники. Кроме того, меры, снижающие повреждение деревьев и развитие бактерий, могут уменьшить вторичное заражение. Это включает в себя борьбу с вредителями, такими как трипсы и псиллиды, ограничение использования приспособлений для расщепления ветвей на молодых плантациях и отказ от использования верхнего полива. Прогексадион кальций (торговая марка Apogee от BASF в США) – это ингибитор роста растений, который рекомендуется для борьбы с побеговой паршой. Поскольку парша зависит от роста, стимулируемого гиббереллином, на протяжении большей части своего жизненного цикла, ингибирующее действие прогексадиона на синтез гиббереллина также подавляет развитие болезни. Неэффективен против цветковой парши.
Важность
Помимо исторической значимости, как первой бактерии, доказавшей свою роль в качестве патогена растений, огневка чрезвычайно важна с экономической точки зрения. Теплая, влажная погода в мае привела к возникновению этой эпидемии. В Вашингтоне и северной Орегоне убытки оцениваются примерно в 68 миллионов долларов. E. amylovora распространилась по всей территории США и большей части мира, вызывая значительные потери, хотя до настоящего времени она не нанесла серьезного ущерба в Северной Европе, и пока E. amylovora не будет занесена в Центральную Азию, где все еще растут дикие яблони, она не изменит какие-либо экосистемы. Биоразнообразие также не подвергается воздействию, поскольку ни один вид растений не находится под угрозой исчезновения из-за этого патогена. Выращивание груш в Эмилии-Романье (Италия) является традиционным занятием для некоторых семей, и огневка угрожает этой традиции, передаваемой из поколения в поколение. В южной Германии яблони и груши давно являются частью ландшафта, и их сложно защитить. Утрата яблонь и груш из ландшафта может быть дорогостоящей при замене и может негативно повлиять на туризм. В долгосрочной перспективе огневка является очень важным фактором для экономики и общества. Относительно небольшое количество сортов яблок обеспечивает огромную долю годового производства яблок. Продавцы и покупатели ценят эти сорта за их внешний вид, качество, вкус и лежкость, а садоводы дополнительно ценят их характеристики для сада и гарантированный рынок благодаря этой популярности. Поддержание желаемых качеств сорта при одновременном изменении его устойчивости к болезням с помощью традиционных методов селекции практически невозможно из-за гетерозиготности яблони, несовместимости при самоопылении и длительного периода вегетации. Генная инженерия предлагает привлекательную альтернативу, поскольку она может быть более быстрой, гены устойчивости могут быть получены из множества источников, можно изменить проявление местных качеств яблока, а привлекательные характеристики измененного сорта или подвоя могут быть сохранены. Генетические исследования показали, что азиатская болезнь груши является вариантом Erwinia pyrifoliae, не связанным с огневкой.