Исследование указывает новое направление для остановки эпидемии позеленения цитрусовых

Новые данные о том, как бактерии, вызывающие позеленение цитрусовых, заражают единственное насекомое-переносчика, могут привести к способу блокировки распространения микробов между деревьями. Об этом говорится в исследовании в журнале Infection and Immunity, проведенном учеными из Института Бойса Томпсона (BTI) и Службы сельскохозяйственных исследований (ARS).

Позеленение цитрусовых, также известное как хуанлунбин, — серьезное заболевание, резко влияющее на производство цитрусовых во всем мире. Зараженные деревья не могут получать достаточно питательных веществ из почвы, их листья желтеют, молодые побеги отмирают, а плоды остаются мелкими, зелеными и непригодными для продажи. Через несколько лет деревья полностью погибают.

Эти симптомы связаны с бактерией 'Candidatus Liberibacter asiaticus' (сокращенно CLas), которую распространяет крошечное насекомое-переносчик — азиатская цитрусовая листоблошка (Diaphorina citri). Сегодня позеленение цитрусовых обнаружено в каждом цитрусоводческом округе Флориды, по всему югу США и в отдельных районах южной Калифорнии. Производители пробовали многие стратегии борьбы с болезнью, но ни одна не оказалась достаточно эффективной или долговременной.

Исследователи из BTI и Лаборатории исследований новых вредителей и патогенов USDA-ARS в Итаке (штат Нью-Йорк) среди многих ученых ищут решение. Их недавняя публикация проливает свет на важную стратегию контроля распространения CLas. В статье в Infection and Immunity они предлагают возможный механизм того, как CLas заражает своего переносчика — листоблошку.

Бактерии попадают в насекомое, когда оно питается на зараженном дереве, размножаются внутри него, а затем заражают здоровые деревья, пока листоблошка питается в саду. Без "поездки" внутри насекомого CLas не смогла бы заражать новые деревья, и позеленению не подвергались бы новые растения. С долгосрочной целью нарушить это взаимодействие, исследователи из лаборатории Хек сосредоточились на важном моменте: не все листоблошки одинаково способны распространять CLas.

«Исследования неоднократно показывали, что нимфы способны приобретать бактерии от растения гораздо лучше, чем взрослые особи, — сказала Марина Манн, исследователь BTI и первый автор исследования. — Выяснение, почему это так, — наш следующий шаг, потому что это может дать нам способ контролировать способность листоблошки распространять бактерии».

Чтобы эффективно распространяться листоблошками, CLas должна пройти через клетки, выстилающие кишечник насекомого. Лаборатория под руководством профессора BTI и исследователя ARS Мишель Хек ранее показала, что клетки кишечника взрослых особей испытывают сильную стрессовую реакцию при заражении CLas. Ядра клеток фрагментируются, а некоторые клетки даже подвергаются апоптозу — запрограммированной клеточной гибели. В своей недавней публикации исследователи сообщают о совершенно другой реакции у молодых нимф листоблошки.

«Когда мы изучили нимф, то обнаружили, что их ядра редко достигали того уровня разрушения, который мы видели у взрослых особей, и, таким образом, казались устойчивыми к воздействию CLas», — сказала Манн.

Следующим шагом будет определение механизма устойчивости у нимф, чтобы его можно было обратить вспять и остановить распространение CLas. Важная подсказка кроется во взаимодействии листоблошек с симбиотическими бактериями в их кишечнике, особенно с Wolbachia pipientis.

Многие насекомые являются хозяевами для Wolbachia и часто зависят от этих бактерий в получении важных преимуществ — подобно тому, как здоровье человека зависит от кишечных бактерий. В своем исследовании Манн и Хек показывают, что в нимфах листоблошки Wolbachia и CLas находятся в одних и тех же клетках. Чтобы разместить полезные бактерии, клетки кишечника нимф могут активно избегать клеточного самоуничтожения, что, как предполагают авторы, может одновременно помогать CLas проникать внутрь и размножаться.

Их теорию подтверждает открытие, что уровни CLas в нимфах листоблошки сильно коррелируют с уровнями W. pipientis. Это означает, что нимфы, которые пропускают больше Wolbachia, также пропускают больше CLas. Хотя эту связь еще предстоит проверить напрямую, понимание ее механизма может дать важную мишень для нарушения взаимодействия листоблошка–CLas.

«Теперь у нас есть точка опоры в понимании молекулярного различия между кишечником нимф и взрослых особей листоблошки, которым пользуется CLas, чтобы проникнуть в насекомое-переносчик, — сказала Хек, ведущий исследователь проекта. — Это важно для нашей способности разрабатывать новые способы блокировки передачи насекомыми в саду».

«Производители цитрусовых окажутся в гораздо лучшей ситуации с точки зрения контроля болезни и спасения цитрусовой индустрии США», — сказал Дэн Дрейер, председатель Калифорнийского совета по исследованиям цитрусовых, который финансирует это и другие исследования, направленные на разработку стратегии управления позеленением цитрусовых.

«О CLas, о том, как она приобретается и передается через азиатскую цитрусовую листоблошку и как вызывает болезнь, все еще много неотвеченных вопросов, — продолжил Дрейер. — Чем больше мы узнаем о CLas и ее переносчике, тем ближе мы будем к тому, чтобы вывести производство цитрусовых из-под угрозы позеленения».