Эффективность применения природных и синтетических ингибиторов вирусов в оздоровлении картофеля (Solanum tuberosum L.)

Актуальность. Разработка эффективных методов борьбы с вирусами является одной из наиболее актуальных задач в семеноводстве картофеля. Использование ингибиторов вирусов, в том числе синтетических, – наиболее распространенный метод борьбы с вирусами картофеля. Применение препаратов природного происхождения – один из способов уменьшить зависимость от синтетических веществ. Среди них экстракты морских водорослей демонстрируют высокий уровень перспективности за счет низкого или полного отсутствия вредного воздействия на окружающую среду и здоровье человека.
Материалы и методы. В качестве объектов исследования использовали растения картофеля сортов ‘Посейдон’ и ‘Орион’, коммерческий противовирусный препарат «Рибавирин», сульфатированный полисахарид красных водорослей – каррагинан. Для детекции вирусных инфекций в растительных образцах применяли высокочувствительный метод ПЦР.
Результаты. Установлено, что применение рибавирина в концентрации 0,03% эффективно в оздоровлении картофеля от вирусов PVY – освобождение на 79,8%, PLRV – 77,0%, PVM – 80,3%, PVS – 84,5%. Наиболее успешно ингибированы вирусы PVY, PVM и PVS. Применение каррагинана как противовирусного вещества позволило освободить от вируса PLRV 74,7% эксплантов, PVM – 70,2%, PVS – 69,2%, PVY – 16,9%.
Заключение. Исследование противовирусной активности природного и синтетического ингибиторов вирусов на примере каррагинана и рибавирина экспериментально доказало их высокую эффективность. Отмечено, что природные полисахариды – каррагинаны – обладают выраженным противовирусным действием и их применение в области сельскохозяйственной биотехнологии перспективно. В результате эксперимента оздоровлены два сорта картофеля ‘Посейдон’ и ‘Орион’, которые включены в систему безвирусного семеноводства. Данные сорта в настоящее время проходят государственное сортоиспытание.

1. Ali M.A., Nasiruddin K.M., Haque M.S., Faisal S.M. Virus elimination in potato through meristem culture followed by thermotherapy. SAARC Journal of Agriculture. 2014;11(1):71-80. DOI: 10.3329/sja.v11i1.18376

2. Антонова О.Ю., Апаликова О.В., Ухатова Ю.В., Крылова Е.А., Шувалов О.Ю., Шувалова А.Р. и др. Оздоровление микрорастений трех культурных видов картофеля (Solanum tuberosum L., S. phureja Juz. & Buk. и S. stenotomum Juz. & Buk.) от вирусов методом комбинированной термо-химиотерапии. Сельскохозяйственная биология. 2017;52(1):95-104. DOI: 10.15389/agrobiology.2017.1.95rus

3. Barabanova A.O., Tishchenko I.P., Glazunov V.P., Solovyeva T.F., Yermak I.M., Yakovleva I.M. et al. Chemical composition of polysaccharides of the red alga Tichocarpus crinitus (Tichocarpaceae) from different sites of Peter the Great Bay, Sea of Japan. Russian Journal of Marine Biology. 2010;36(3):195-200. DOI: 10.1134/S1063074010030053

4. Барсукова Е.Н., Ким И.В., Чекушкина Т.Н. Оздоровление и ­микроразмножение in vitro сортов картофеля для безвирусного семеноводства. Дальневосточный аграрный вестник. 2018;4(48):20-26. DOI: 10.24411/1999-6837-2018-14076

5. Danci O., Erdei L., Vidács L., Danci M. Baciu A., David I. et al. Influence of ribavirin on potato plants regeneration and virus eradication. Journal of Horticulture, Forestry and Biotechnology. 2009;13:421-425.

6. De Morais T.P., Asmar S.A., Silva H.F.J., Luz J.M.Q., de Melo B. Application of tissue culture techniques in potato. Bioscience Journal. 2018;34(4):952-969. DOI: 10.14393/bj-v34n1a2018-38775

7. Дунаева С.Е., Пендинен Г.И., Антонова О.Ю., Швачко Н.А., Ухатова Ю.В., Шувалова Л.Е., Волкова Н.Н., Гавриленко Т.А. Сохранение вегетативно размножаемых культур в in-vitro- и криоколлекциях: методические указания / под ред. Т.А. Гавриленко. 2-е изд. Санкт-Петербург: ВИР; 2017.

8. Ermak I.M., Reunov A.V., Lapshina L.A., Byankina A.O., Bratskaya S.Yu., Sokolova E.V. Physicochemical and electron-microscopic study of carrageenans, sulfated polysaccharides from red algae of the families Tichocarpaceae and Gigartinaceae. Chemistry of Natural Compounds. 2013;49(4):593-595. DOI: 10.1007/s10600-013-0686-x

9. Gong H., Igiraneza C., Dusengemungu L. Major in vitro techniques for potato virus elimination and post eradication detection methods: a review. American Journal of Potato Research. 2019;96(5):379-389. DOI: 10.1007/ s12230-019-09720- z

10. ГОСТ Р 59551-2021. Национальный стандарт Российской Федерации. Картофель семенной. Отбор проб и методы диагностики фитопатогенов. Москва: Стандартинформ; 2021. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200179850 [дата обращения: 01.12.2023].

11. Kalitnik A.A., Byankina Barabanova A.O., Nagorskaya V.P., Reunov A.V., Glazunov V.P., Solov’eva T.F. et al. Low molecular weight derivatives of different carrageenan types and their antiviral activity. Journal of Applied Phycology. 2013;25(1):65-72. DOI: 10.1007/s10811-012-9839-8

12. Kim I.V., Chibizova A.S., Shischenko E.V., Fisenko P.V., Chekushkina T.N., Barsukova E.N. et al. Methods of biotechnology in the improvement of promising potato hybrids (Solanum tuberosum L.). Research on Crops. 2021;22:96-99. DOI: 10.31830/2348-7542.2021.023

13. Ким И.В., Шищенко Е.В., Фисенко П.В., Чибизова А.С., Клыков А.Г. Применение методов биотехнологии в безвирусном семеноводстве картофеля. Овощи России. 2022;(5):29-34. DOI: 10.18619/2072-9146-2022-5-29-34

14. Krylova N.V., Kravchenko A.O., Iunikhina O.V., Pott A.B., Likhatskaya G.N, Volod’ko A.V. et al. Influence of the structural features of carrageenans from red algae of the Far Eastern seas on their antiviral properties. Marine Drugs. 2022;20(1):60. DOI: 10.3390/md20010060

15. Макарова С.С., Макаров В.В., Тальянский М.Э., Калинина Н.О. Устойчивость картофеля к вирусам: современное состояние и перспективы. Вавиловский журнал генетики и селекции. 2017;21(1):62-73. DOI: 10.18699/VJ17/224

16. Максема И.Г., Компанец Г.Г., Барабанова А.О., Ермак И.М., Слонова Р.А. Противовирусное действие каррагинанов из красной водоросли при экспериментальной хантавирусной инфекции. Тихоокеанский медицинский журнал. 2012;1(47):32-34.

17. Малько А.М., Николаев Ю.Н., Говоров Д.Н., Макарова В.С., Мельникова М.И., Анисимов Б.В., Симаков Е.А., Жевора С.В., Овэс Е.В., Зебрин С.Н., Зейрук В.Н., Митюшкин А.В., Усков А.И., Юрлова С.М., Журавлев А.А., Чугунов В.С. Технологический процесс производства оригинального, элитного и репродукционного семенного картофеля. Практическое руководство. Мoсква: Право; 2017.

18. Овэс Е.В., Анисимов Б.В., Усков А.И., Симаков Е.А., Жевора С.В., Бойко В.В., Гаитова Н.А., Фенина Н.А., Шмыгля И.В. Методические рекомендации по тиражированию in vitro материала для оригинального семеноводства картофеля. Москва: ВНИИКХ; 2017.

19. Reunov A., Nagorskaya V., Lapshina L., Yermak I., Barabanova A. Effect of κ/β-carrageenan from red alga Tichocarpus crinitus (Tichocarpaceae) on infection of detached tobacco leaves with tobacco mosaic virus. Journal of Plant Diseases and Protection. 2004;111:165-172.

20. Рогозина Е.В., Гурина А.А. Распространение мозаичных вирусов картофеля на видах секции Petota Dumort. рода Solanum L. в коллекции ВИР. Труды по прикладной ботанике, генетике и селекции. 2023;184(2):226-234. DOI: 10.30901/2227-8834-2023-2-226-234

21. Рябцева Т.В., Куликова В.И., Илькевич О.Г. Оздоровление картофеля методом химиотерапии в культуре in vitro. Международный научно-исследовательский журнал. 2015;10(41):66-67. DOI: 10.18454/IRJ.2015.41.127

22. Рябушкина Н.А., Омашева М.Е., Галиакпаров Н.Н. Специфика выделения ДНК из растительных объектов. Биотехнология. Теория и практика. 2012;(2):9-26. DOI: 10.11134/btp.2.2012.1

23. Shahzad A., Sharma S., Parveen S., Saeed T., Shaheen A., Akhtar R. et al. Historical perspective and basic principles of plant tissue culture. In: M.Z. Abdin, U. Kiran, M. Kamaluddin, A. Ali (eds). Plant Biotechnology: Principles and Applications. Singapore: Springer; 2017. p.1-36. DOI: 10.1007/978-981-10-2961-5_1

24. Шарипова М.Р., Балабан Н.П., Марданова А.М., Нямсурэн Ч., Валеева Л.Р. Механизмы устойчивости растений к инфекциям. Ученые записки Казанского университета. Серия: Естественные науки. 2013;155(4):28-58.

25. Шищенко Е.В., Чибизова А.С., Собко О.А., Барсукова Е.Н., Ким И.В., Клыков А.Г., Кравченко А.О., Ермак И.М. Способ оздоровления картофеля от вирусных инфекций in vitro. Российская Федерация; патент № RU2805356C1; 2023.

26. Sobko O.A., Fisenko P.V., Kim I.V. Plant viruses in the system of seed potato production. Vegetable Crops of Russia. 2024;(1):74-80. DOI: 10.18619/2072-9146-2024-1-74-80

27. Титлянов Э.А., Титлянова Т.В. Морские растения стран Азиатско-Тихоокеанского региона, их использование и культивирование. Владивосток: Дальнаука; 2012.

28. Ухатова Ю.В., Антонова О.Ю., Гавриленко Т.А. Оздоровление от вируса скручивания листьев картофеля чилийских образцов Solanum tuberosum с использованием методов криотерапии и комплексной химио-, термотерапии. Достижения науки и техники АПК. 2016;30(10):56-60.

29. Venkatasalam E.P., Sood R., Pandey K.K., Thakur V., Sharma A.K., Singh B.P. Development of low cost technology for in vitro mass multiplication of potato (Solanum tuberosum L.). African Journal of Agricultural Research. 2013;8(49):6375-6382. DOI: 10.5897/AJAR2013.7155

30. Wang M.R., Cui Z.H., Li J.W., Hao X.Y., Zhao L., Wang Q.C. In vitro thermotherapy based methods for plant virus eradication. Plant Methods. 2018;14:87. DOI: 10.1186/s13007-018-0355-y

31. Waswa M., Kakuhenzire R., Ochwo-Ssemakula M. Effect of thermotherapy duration, virus type and cultivar interactions on elimination of potato viruses X and S in infected seed stocks. African Journal of Plant Science. 2017;11(3):61-70. DOI: 10.5897/AJPS2016.1497

32. Ермак И.М., Бянкина (Барабанова) А.О., Соколова Е.В. Структурные особенности и биологическая активность каррагинанов – сульфатированных полисахаридов красных водорослей дальневосточных морей России. Вестник Дальневосточного отделения Российской академии наук. 2014;1(173):80-92.

33. Yermak I.M., Khomchenko Y.S. Chemical properties, biological activities and applications of carrageenan from red algae. In: M. Fingerman, R. Nagabhushanam (eds). Recent Advances in Marine Biotechnology. Vol. 9: Biomaterials and Bioprocessing. Boca Raton, FL: CRC Press; 2003. p.207-255.

34. Юрьева Н.О., Воронкова Е.В., Терешонок Д.В., Мелешин А.А., Мелешина О.В., Беляев Д.В. Введение в асептическую культуру дигаплоидов картофеля с использованием адвентивных побегов и химиотерапии. Защита картофеля. 2017;(2):23-27.