Grzyby – patogeny glebowe roślin

Infekcja i rozwój choroby

Jedną z najistotniejszych grup czynników chorobotwórczych roślin są patogeny grzybowe zasiedlające glebę (patogeny odglebowe). Są organizmami typowo cudzożywnymi, pobierającymi substancje odżywcze od swoich żywicieli. Znaczna część odglebowych patogenów grzybowych to saprofity. Saprofity odżywiają się martwą materią organiczną. Objawami porażenia rośliny przez atakujące grzyby mogą być: chlorozy i nekrozy, zgorzele, narośla/zrakowacenia/tumory, więdnięcie liści i osłabienie rośliny, zmiany zabarwienia na poziomie morfologicznym (pędy, korzenie) bądź anatomicznym (np. tkanka przewodząca), czy nawet śmierć całej rośliny. Infekcja i rozwój patogenów odglebowych zależy od sposobu uprawy danej rośliny. Jeśli roślina tego samego gatunku uprawiana jest z roku na rok, w tym samym miejscu to prawdopodobieństwo wystąpienia i rozwoju tej grupy patogenów jest znacznie większe. Dochodzi bowiem do akumulacji patogenicznej mikroflory gdyż, jak wcześniej wspomniano patogeny te, to saprotrofy odżywiające się na resztkach obumarłych roślin (po zbiorze plonu). Uważa się, że 3-letnia przerwa w uprawie danej rośliny w tym samym miejscu może prowadzić do spadku populacji patogenu. Niestety ten sposób walki z grzybami patogennymi jest mało efektywny gdyż organizmy te są bardzo zróżnicowane pod względem biologii i fizjologii.

Znaczenie odglebowych patogenów grzybowych w rolnictwie

Patogeny odglebowe wywołują ogromne straty w wysokości i jakości plonów rolniczych. Do najpoważniejszych i najbardziej istotnych pod względem gospodarczym odglebowych patogenów grzybowych i grzybopodobnych zaliczamy: rodzaje Phtytophtora iPythium oraz gatunkiFusarium avenaceum, Verticillium dahliae, Pestalotiopsis clavispora, Gnomonia comari, Rhizotonia fragaria. Choroby te dotykają rośliny sadownicze jak i warzywne.  Na szczególną uwagę zasługują patogeny roślin jagodowych (malina, borówka, truskawka).

Ad. 1 Redukcja systemu korzeniowego truskawki spowodowana infekcją P.clavispora

W Tabeli 1. Przedstawiono najistotniejsze odglebowe grzybowe patogeny upraw roślin jagodowych.

Wszystkie wymienione w Tabeli 1. rodzaje glebowych patogenów grzybowych atakują także inne (oprócz upraw jagodowych) istotne gospodarczo rośliny uprawne. Rodzaj Fusarium (powodujący fusariozy) poraża pomidora (Fusarium oxysporum), dyniowate (F. solani) , zboża (F. cumlorum), bobowate (F. solani, F. culmorum). Kolejną grupą chorób to fytoftorozy powodowane przez grzyby z rodzaju Phytophthora. Phytophthora cactorum jest patogenem bardzo wielu (polifag) roślin uprawnych (rośliny jednoroczne, dwuletnie, byliny, krzewy, drzewa, w tym drzewa owocowe). P. cinnamoni to również organizm polifagiczny infekujący ponad tysiąc różnych gatunków roślin. Werticiliozy wywołane przez gatunki z rodzaju Verticiluim nie tylko atakują owoce jagodowe. Mogą także porażać drzewa i krzewy owocowe (Verticilium albo-atrum, V. dahliae) lub pomidora (V. tricorpus). Do patogenów odglebowych  zaliczamy także rodzaje Rhizoctonia, i Pythium. Wszystkie te rodzaje to polifagi roślin uprawnych (burak, grusza, jabłoń, zboża, ziemniak, soja) oraz ozdobnych. W przypadku wystąpienia symptomów choroby poszukiwane są odpowiedzi na dwa zasadnicze pytania: co to za choroba? Jaki czynnik patogeniczny ją wywołał. Trudność dokładnego rozpoznania patogenu, przypadku patogenów odglebowych, wynika głównie z porażenia systemu korzeniowego oraz to, że za te same lub podobne objawy odpowiedzialne są różne patogeny. Nie wystarcza więc znajomość charakterystycznych zmian chorobowych widzianym „na oko”. W tym celu poszukuje się nowoczesnych technik identyfikacji patogenów.

Ad. 2 Objawy porażenie przez P.calvispora

Badania molekularne chorób odglebowych

Identyfikacja chorób powodowanych przez patogenne grzyby tylko na podstawie objawów morfologicznych (np. nekrozy, czy więdnięcie liści) lub/i anatomicznych (np. zmiany w zabarwieniu tkanek) porażonych roślin jest niewystarczająca aby jednoznacznie określić czynnik chorobotwórczy. W ciągu ostatnich kilku dekad rozwinęła się gałąź biologii eksperymentalnej roślin wykorzystująca techniki biologii molekularnej. Jest to przykład innowacyjnego i bardzo obiecującego podejścia do ochrony roślin przed wszelkimi patogenami, w tym pasożytniczymi grzybami glebowymi. Istotnym problemem jest prawidłowa identyfikacja gatunku pasożytniczego grzyba. Wiele grzybów chorobotwórczych (nawet niespokrewnionych) powoduje bardzo podobne objawy infekcji. Mogą pojawiać się również infekcje mieszane, wywołane jednocześnie przez różne gatunki grzybów zasiedlające glebe. Wszelkie te problemy zobligowały laboratoria diagnostyczne do poszerzenia swojej oferty o identyfikację patogenów wykorzystującą metody molekularne. Odglebowe patogeny grzybowe znacznie wpływają na obniżenie plonów rolniczych, dlatego istnieje duże zainteresowanie rolników skuteczną walką z tą grupą czynników wywołujących choroby roślin.

Ad.3 Objawy P. cactorum na przekroju szyjki korzeniowej.

Do dokładnej identyfikacji patogenów glebowych, w tym pasożytniczych grzybów, z pomocą przychodzą współczesne techniki badań molekularnych. W przypadku roślin uprawnych istotne jest szybkie działanie, a także jednoznaczna identyfikacja patogenu. Ogromną przewagą technik biologii molekularnej jest wczesna diagnostyka, często jeszcze przed zaobserwowaniem pierwszych morfologicznych objawów chorobowych.

Takie działanie zapobiega wystąpieniu dużych strat w uprawach, a tym samym zmniejsza koszty związane z dalszą walką z patogenem. Dokładna i jednoznaczna identyfikacja gatunku grzyba daje nam możliwość postępowania (profilaktyki) w odpowiedzi na wystąpienie choroby (np. poprzez dobór odpowiedniego środka ochrony roślin).

Pierwszym etapem analizy jest pobór próbek przez Klienta lub pracownika laboratorium diagnostycznego. Fragmenty porażonych roślin najlepiej korzenie całe rośliny należy dostarczyć do laboratorium analiz molekularnych chorób roślin np. IAF. Na wstępnym etapie diagnostyki należy ocenić co, w otrzymanym przez laboratorium materiale roślinnym, może być powodem zmian patologicznych. Innymi słowy z jakim patogenem możemy mieć do czynienia. Zdarza się, że cała grupa patogenówPestalotiopsis clavispora i Colletotrichum acutatum) powoduje bardzo podobne zmiany fitopatologiczne (w tym przypadku ciemnienie korony truskawki). Często objawy choroby nie są jednoznaczne i trudno jest wskazać konkretny gatunek odpowiedzialny za dane zmiany. W takich przypadkach wykonywana jest diagnostyka jednego patogenu bądź kilku prawdopodobnych (np. w IAF tzw. pakiet chorób odglebowych). Zdarza się także, że podobne objawy wywoływane są chociażby przez stres abiotyczny (uszkodzenia mechaniczne, warunki pogodowe, środki ochrony roślin itd.). Analiza kilku potencjalnych sprawców choroby daje jednoznaczną odpowiedź jak należy postępować w pracach polowych lub jaki dobrać środek ochrony roślin. IAF wykonuje analizy z wykorzystaniem najnowocześniejszych technik PCR (w tym Direct PCR). Techniki te polegają na powieleniu materiału genetycznego patogenu i sklasyfikowanie go do konkretnego rodzaju, a nawet gatunku szkodnika. Klasyfikacja opiera się na doborze konkretnych starterów (wzorcowej sekwencji nukleotydów z DNA patogenu). Startery są specyficzne dla danego gatunku patogenu, więc otrzymany wynik jest jednoznaczny i wiarygodny. IAF niezwykle dba o ilość i jakość starterów przechowując je w ściśle określonych warunkach, co sprawia, że pracownik laboratorium ma pewność, co do zidentyfikowanego patogenu. Laboratoria diagnostyczne IAF posiadają olbrzymią pulę starterów do patogenów wywołujących wspomniane grupy chorób. Istotną zaletą analiz molekularnych jest ich czas. Przy zastosowaniu odpowiedniej procedury, chociażby Direct PCR odpowiedź można otrzymać nawet tego samego dnia. Interpretacja wyniku jest bardzo prosta. W zmienionym poprzez infekcję  materiale roślinnym występuje poszukiwany patogen albo nie. Warto dodać, że to badanie również dostępne jest w IAF.

Obecnie diagnostyka fitopatologiczna z wykorzystaniem technik biologii molekularnej to ważne narzędzie w takich dziedzinach rolnictwa jak warzywnictwo, sadownictwo a także uprawa roślin ozdobnych.

Autorzy:
Karolina Felczak-Konarska, Łukasz Baranowski