2015-11-27

Ca. Phytoplasma asteris - Choroba fitoplazmatyczna pomidora

Ca. Phytoplasma asteris - CHOROBA FITOPLAZMATYCZNA POMIDORA

Czym są fitoplazmy ?

Fitoplazmy są prokariotami, czyli organizmami bezjądrowymi, na podstawie badań filogenetycznych zaliczanymi jako jednorodna grupa do klasy bakterii niższych (Mollicutes).

W obrębie tej klasy wyróżnia się również mykoplazmy (patogeny zwierząt i ludzi), spiroplazmy i fitoplazmy (patogeny roślin). W odróżnieniu od bakterii fitoplazmy nie dają się hodować na pożywce nie zawierającej komórek gospodarza (in vitro). Komórka fitoplazmy nie posiada typowej ściany komórkowej. Otoczona jest trójwarstwową błoną komórkową o grubości ok. 8 do 10 nm. Wewnętrzna struktura komórki fitoplazmy składa się z rybosomu oraz łańcuchów DNA. Fitoplazmy są patogenem systemicznym. Ich występowanie w zakażonych roślinach ograniczone jest do tylko do tkanki łyka (floem).

Historia badań nad fitoplazmami

Pierwsze badania nad prokariotami pozbawionymi ściany komórkowej, pochodzą z 1967 roku. Najwcześniejsze dane pochodzą z mikroskopów świetlnych i elektronowych oraz z danych na temat leczenia zainfekowanych roślin antybiotykami. Niewiele spośród prokariotów nie mających ściany komórkowej i występujących w roślinach zostało wyhodowanych in vitro i opisanych. Udało sie to tylko w przypadku fitoplazm i mykoplazm.

Do badania tych organizmów zaadoptowano metody służące wcześniej do badania mykoplazm. Do niedawna fitoplazmy określano mianem organizmów mykoplazmopodobnych (ang. Mycoplasma Like Organisms), ze względu na ich wielopostaciowość (pleomorfizm) oraz ultrastrukturalne podobieństwo do występujących u zwierząt mykoplazm. Termin fitoplazma został oficjalnie uznany i zastąpił MLO w 1994 na dziesiątym  Międzynarodowym Kongersie Mykoplazmologii (ang. IOM – International Organization for Mycoplasmology). Choroby fitoplazmatyczne są obecnie coraz lepiej poznawane dzięki rozwojowi technik molekularnych. Do niedawna objawy większość objawów chorób fitoplazmatycznych przypisywano chorobom wirusowym.

Klasyfikacja fitoplazm

W ubiegłej dekadzie głównym problemem w badaniu fitoplazm był fakt iż nie dają się one hodować in vitro. Wtedy też identyfikacja i klasyfikacja fitoplazm oparta była na głównie na badaniu zasięgu ich gospodarzy, opisie powodowanych przez nie chorób oraz zależności roślina żywicielska – wektor owadzi. Na chwilę obecną rozwój technik molekularnych sprawił że możliwa jest czuła i dokładna detekcja oraz molekularna charakterystyka i klasyfikacja fitoplazm i to pomimo niemożności uzyskania czystych kultur fitoplazm. Klasyfikacja fitoplazm obecnie opiera się na analizie restrykcyjnej i bioinformatycznej ich genu rybosomalnego o nazwie 16S rDNA. Na tej podstawie obecnie wyróżnia się piętnaście grup w obrębie których wyróżnia się też podgrupy. Przynależność badanej fitoplazmy do określonej grupy określa się na podstawie profilu restrykcyjnego sekwencji 16S rDNA. Każda z 15 grup ma swój określony profil restrykcyjny uzyskany przy zastosowaniu odpowiednio dobranych enzymów. Obecnie właśnie molekularne podejście wydaje się być najlepsze.

Pobór prób i pozyskiwanie materiału do badań

Fitoplazmy są materiałem trudnym do wykrycia i do badań w ogóle, ponieważ istnieje kilka czynników, wynikających z biologii tego patogena, utrudniających jego wykrycie w roślinie. Fitoplazmy jako patogeny systemiczne, krążą po całej roślinie wraz z substancjami odżywczymi transportowanymi przez tkankę łyka, w której bytują, w międzyczasie produkując metabolity własne powodujące zaburzenia wzrostu, proliferacji i prawidłowej gospodarki hormonalnej rośliny, co prowadzi do powstania na niej objawów chorobowych. Jednak jak wynika z badań ich rozmieszczenie w tkankach rośliny nigdy nie jest równomierne. Dlatego możliwa jest sytuacja kiedy mimo wyraźnych objawów na roślinie nie udaje się od razu wykryć tego patogena. Dodatkowo koncentracja fitoplazm w roślinie zmienia się w zależności od warunków panujących w środowisku. I tak koncentracja fitoplazmy w roślinie rośnie kiedy jest umiarkowanie ciepło i wilgotno, oraz maleje w niesprzyjających warunkach otoczenia, takich jak: zbyt niska i zbyt wysoka temperatura otoczenia oraz stresy środowiskowe. W okresie zimowym w roślinach wieloletnich koncentracja fitoplazm spada niemal do zera, a nieliczne komórki fitoplazm przezimowują zwykle w tkankach korzeni, by w nowym sezonie wegetacyjnym znowu się rozmnożyć w całej roślinie. Niemożność wykrycia patogena w symptomatycznych roślinach nawet przy pomocy zastosowaniu bardzo czułych techniki PCR może być również spowodowana obecnością inhibitorów reakcji PCR w samych roślinach i / lub niską koncentracją samego patogena w roślinie. Ponieważ fitoplazmy nie dają się hodować in vitro, wykrywanie fitoplazm w roślinie polega na wyizolowaniu wysokiej jakości totalnego DNA z chorej rośliny i przy pomocy reakcji PCR namnożenia obecnego w DNA roślinnym, materiału genetycznego fitoplazmy. Wykrycie fitoplazmy w chorej roślinie zależy głównie od jakości uzyskanego DNA. Szczególnie ważny jest tu stosunek ilościowy DNA fitoplazmy do DNA gospodarza. Izolacja dążyć będzie do tego by pobrać jak najwięcej komórek fitoplazm, a jak najmniej tkanek rośliny gospodarza czy wektora owadziego. Frakcje materiału ze wzbogaconą ilością fitoplazm, są poddawane procesowi izolacji DNA i charakterystyki genomowej.

Przenoszenie

W naturze fitoplazmy przenoszone są łatwo przez żywiące się łykiem owady, głównie skoczki (Cicadellidae), czasem miodówki (Psyllidae) jak również przez rośliny pasożytnicze takie jak np. pospolicie u nas występująca kanianka (Cuscuta spp.). W warunkach hodowlanych przenoszone są przez również przez szczepienie wegetatywnych części roślin oraz także za pośrednictwem kanianki.

Choroby fitoplazmatyczne w Polsce

W Polsce choroby fitoplazmatyczne oprócz pomidora opisano również na: liliach, tulipanach, różach, magnolii, rzepaku oraz na różnych owocach pestkowych. U roślin są fitoplazmy odpowiedzialne za takie najczęściej za wywoływanie następujących objawów: żółknięcie, karłowacenie, krzaczastość wierzchołków oraz zaburzenia proliferacji, potocznie zwane miotlastością. Fitoplazmy mogą powodować zaburzenia w normalnej równowadze hormonów roślinnych i regulatorów wzrostu. Rośliny nimi zainfekowane wykazują szereg symptomów do których należą: wirescencja, fylodia, żółknięcie, miotlastość, zwijanie sie liści, zahamowanie wzrostu i karłowatość, zaburzenia rozwoju kwiatów, proliferacja pędów, żółknięcie, zredukowany wigor. Objawy te często prowadzą do śmierci rośliny.

Fitoplazmy na pomidorze

Choroby fitoplazmatyczne pomidora zgłaszane były w następujących krajach: Włochy, Jordania, Boliwia, Francja, USA i Australia. Do Polski choroba ta została najprawdopodobniej przeniesiona za pośrednictwem wektora owadziego (skoczki). Ogólnie objawy choroby fitoplazmatycznej na pomidorze są następujące: karłowacenie, żółknięcie lub czerwienienie liści, proliferacja bocznych liści i korzeni przybyszowych, przerost kielichów kwiatowych, zielenienie płatków kwiatowych, zahamowanie wzrostu pylników i tworzenia zalążni, pąki kwiatowe z splecionymi i powiększonymi działkami kielicha, szczyty roślin bezlistne, najmłodsze liście małe, zniekształcone i żółto zielone, niewykształcanie kwiatów. Na starszych gałęziach zredukowana liczba owoców. Nie ma doniesień w literaturze o infekcjach latentnych na roślinach uprawnych. Jedna roślina może być jednocześnie zainfekowana kilkoma różnymi grupami fitoplazm.

Nowością jest fakt że wykryte w Polsce izolaty fitoplazm należą do podgrupy I-C podczas gdy dotychczas uważano że tylko podgrupa I-A występuje na pomidorze. świadczy to o tym że biologia fitoplazm jest jeszcze niedostatecznie poznana.

Fitoplazmy na pomidorze w Polsce

Pomidor (Solanum lycopericum) należy do jednych z najważniejszych upraw w wielu krajach w Europie i na świecie. Jego produkcja jest jednakże często ograniczona przez wiele szkodników owadzich jak również choroby, a wśród nich choroby fitoplazmatyczne. Fitoplazmy infekują kilkaset gatunków roślin wliczając w to warzywa, owoce, rośliny ozdobne oraz drzewa i krzewy od klimatu umiarkowanego do regionów tropikalnych. Szkody w rolnictwie przez nie powodowane mają znaczący wpływ na kondycję rolnictwa w wielu krajach. Badane rośliny pomidora wykazywały objawy typowe dla choroby fitoplazmatycznej: karłowatość, skręcenie pędów i liści, zielenienie. Obie badane rośliny zamarły w przeciągu 24 miesięcy od czasu pierwszej obserwacji objawów. Polskie izolaty fitoplazm są najbliżej spokrewnione z podgrupą 16S rRNA I-C. Obecność tego typu fitoplazm infekujących rośliny pomidora jest nowym zjawiskiem w Polsce.

Kontrola i zapobieganie

Fitoplazmy nie mogą być kontrolowane za pomocą klasycznych metod chemicznych i obecnie nie istnieje metoda pozwalająca wyleczyć rośliny z choroby fitoplazmatycznej. Są wrażliwe na wysoką temperaturę i antybiotyki z grupy tetracyklin. Tetracyklina powoduje ustąpienie i czasem nawet cofnięcie się objawów choroby. Zastosowanie penicyliny nie daje takich efektów. 

Kontrola: dezynfekcja narzędzi i szklarni, kontrola liczebności wektorów i chwastów na polach, jako ze jedne i drugie stanowią rezerwuar fitoplazm.

Rys. 1. Przykłady objawów chorobowych powodowanych przez fitoplazmę na pomidorze.