Загадочная болезнь поразила сосны ЮАР 40 лет назад: Новая ДНК-технология нашла убийцу

В 1970-х и 1980-х годах сосны на лесных плантациях в провинции Западный Кейп в ЮАР начали гибнуть очагами. Деревья погибали от загадочной корневой болезни, и очаги постепенно расширялись. Самосевные всходы в этих очагах также быстро погибали.

Как и во многих детективных историях, первоначально подозрение пало на самого вероятного подозреваемого: корневого патогена Phytophthora cinnamomi. Этот организм известен своей способностью вызывать болезни почти у 5000 различных растений.

После дальнейшего расследования и сбора образцов патологи деревьев переключились на гриб Leptographium serpens (ныне известный как Leptographium alacre). Этот гриб, переносимый насекомыми, ранее был известен только в Европе. Его визуально идентифицировали на корнях умирающих деревьев, и он стал главным подозреваемым.

Однако сомнения оставались. Большинство видов Leptographium не являются первичными патогенами, поэтому L. serpens вряд ли мог вызвать болезнь. В корнях больных деревьев находили и другие грибы, но идентифицировать их тогда не удалось из-за отсутствия передовых методов.

Понимая, что доступные технологии не дают полного ответа, патологи взяли дополнительные образцы с погибших и умирающих сосен и тщательно их сохранили в надежде, что однажды причина вспышки будет установлена.

В 2023 году на сцене появляется новый герой — секвенирование ДНК. Эта современная технология позволила нашей команде молекулярных микологов сделать то, что было невозможно десятилетия назад, — найти настоящего виновника.

Поиск убийцы

Образцы, собранные в 1980-х годах, хранились в коллекции культур Института биотехнологии лесного и сельского хозяйства Университета Претории. В 2020 году команда, включающая нас, восстановила эти образцы для исследования.

Мы секвенировали ДНК образцов, чтобы раскрыть их уникальный генетический код. Сравнив этот код с генетическими базами данных, мы смогли точно определить причину болезни деревьев. Так, более чем через 40 лет после первого описания болезни, патоген был окончательно идентифицирован как Rhizina undulata. L. serpens, долгое время бывший главным подозреваемым, был оправдан.

Rhizina undulata хорошо известна как причина болезней и гибели деревьев, в основном в Европе. Этот гриб известен под разговорным названием «кофейный огненный гриб», потому что интенсивный жар от костров, которые разводят в лесу туристы для приготовления кофе, активирует его покоящиеся споры. Это позволяет ему заселять корни хвойных, включая сосны. R. undulata также хорошо известна в ЮАР, где она губит множество сосен после лесных пожаров или вырубки плантаций.

Однако остаётся загадкой, что активировало этот гриб на плантациях Западного Кейпа. В соответствующий период пожаров не было.

Одна из возможных подсказок может крыться в почве, на которой росли эти деревья. Это песчаная и кислая почва, известная как песчаник Столовой горы. Лабораторные исследования показали, что кислая почва стимулирует рост R. undulata. Эта естественная кислотность могла дать патогену толчок к заражению сосен. Также возможно, что гриб был активирован теплом, излучаемым кварцевыми камнями, обычными для районов, где росли гибнущие деревья.

Терпение вознаграждается

С тех пор, как произошла загадочная вспышка в Западном Кейпе, R. undulata стала хорошо известна лесоводам на сосновых плантациях в других частях ЮАР и нанесла большой ущерб молодым посадкам после пожаров (случайных или контролируемых выжиганий после рубки).

Идентификация R. undulata как виновника в тех (уже не существующих) плантациях Западного Кейпа означает, что у учёных появилось больше данных для понимания биологии гриба, что может привести к лучшим стратегиям контроля в будущем.

Наша работа также свидетельствует о поступательном характере научного прогресса и важности терпения. Эта история могла быть полностью раскрыта только с развитием более совершенных методов. Это демонстрирует силу современных технологий для решения исторических проблем и подчёркивает необходимость continued investment в исследования и разработку новых инструментов.

Наше исследование также выступает за сохранение разнообразных коллекций грибных культур в течение длительного времени, независимо от их perceived importance на момент сбора. Недостаток доступных коллекций культур для малоизученных грибов подчёркивает необходимость инновационных подходов для сохранения этих бесценных ресурсов.