УДК 632.3

ТАКСОНОМИЧЕСКИЕ ТРАНСФОРМАЦИИ ПАТОГЕНОВ «МОКРОЙ ДРЕВЕСИНЫ»

 

TAXONOMICAL TRANSFORMATIONS OF PATHOGENS OF "WET WOOD"

 

Черпаков В.В. (Академия маркетинга ИМСИТ, г. Краснодар, РФ)

Cherpakov V.V. (The Krasnodar Academy of marketing IMSIT, Russia)

 

Рассмотрены новые подходы к таксономии патогенов «мокрой древесины» и соответствие факторов вирулентности симптоматике бактериоза.

New approaches to taxonomy of pathogens of "wet wood" and compliance of factors of virulence to a bacteriosis symptomatology are considered.

 

Ключевые слова: возбудитель, «мокрая древесина», «бактериальная водянка», древесные растения.

Key words: pathogenic agent, "wet wood", «bacterial dropsy», woody plants.

 

Наиболее вредоносный бактериоз в лесах России – бактериальная водянка (БВ) и её возбудитель (Erwinia multivora Scz.-Parf.) , впервые описаны в СССР А.Л. Щербин-Парфененко на основных видах хвойных и лиственных пород [9]. За рубежом J.С. Carter описал этот бактериоз и возбудителя (Erwinia nimipressuralis Carter) на ильмовых породах под названием «Wetwood» - «мокрая древесина» (МД) [12]. С тех пор возникла проблема утверждения истинного патогена БВ-МД. Бактериоз, получивший за рубежом также клише «Slime flux» (слизевый поток) и «Alcoholic flux» (алкогольный поток), впоследствии был описан разными авторами на десятках других древесных растений.

Бактерия E. nimipressuralis была включена в определитель Elliott C. Manual[13], а также в издания Bergey's Manual[10, 11]. В последних, однако, не была представлена в линейке самостоятельных видов, но упоминалась в составе рода как «вид с сомнительными патогенными свойствами». Ситуация неопределенности, как вида, так и его патогенных свойств, относительно истинного патогена МД продолжается уже около 70 лет. Показательно, что никто из западных исследователей до сих пор не задался вопросом, – а каким образом возникает разжижение срединной пластинки и мацерация тканей древесины и луба, если у E. nimipressuralis отсутствует способность продуцировать пектолитические ферменты? Исследования и публикации по МД на 90% осуществляются в США. Идентификации возбудителя и проверке его патогенных свойств в публикациях по МД в течение многих десятилетий особого внимание никто не уделял и по умолчанию, каждый раз указывается E. nimipressuralis. Штаммы вида представлены в международных генбанках: коллекции – ATCC 9912; ICMP 1577; LMG 10245; NCPPB 2045. Несмотря на сомнительные вирулентность и систематическое положение, никто не пытался провести эти штаммы через Коховскую триаду и подтвердить вирулентность и симптоматику МД – мокрая древесина, трещины и потёки слизи, некрозы коры с мацерацией. Публикации на этот счёт нам неизвестны.

В СССР, при изучении БВ лиственных на Украине и хвойных пород в Средней Сибири авторами был выделен возбудитель идентифицированный как E. nimipressuralis [1, 2, 4]. Физиолого-биохимические свойства E. nimipressuralis не в полной мере могут объяснить наличие многих специфических симптомов БВ. Если кислотообразование и газообразование, при сбраживании углеводов, может подтверждать наличие мокрой древесины с кислым запахом брожения и разрыв ксилемной ткани, вплоть до образования трещин стволов, то отсутствие у бактерии пектолитических ферментов свидетельствует о её неспособности разжижать срединную пластинку, а, следовательно, разрушать паренхимные ткани и вызывать мацерацию тканей заболони и луба, сопровождающуюся потёками слизи и жидкости – ключевыми симптомами БВ-МД. Это также подтверждали в своё время исследования J.С. Carter [12].

Продуцирование пектиназ и протопектиназ – принципиальный, видо- и родоспецифичный признак на базе которого в своё время был выделен специализированный род – Pectobacterium, представлюящий группу мацерирующих фитопатогенных бактерий – P. сarotovorum (Erwinia сarotovorа) и др. В 70-х гг. для мацерирующих видов в роде Erwinia был выделен специальный кластер – группа Сarotovorа [10]. Возможно поэтому в 80-х – 90-х гг. какое-то время род Pectobacterium не употреблялся в среде фитобактериологов, и ключевой вид E. сarotovorа входил в род Erwinia. Молекулярно-генетические методы, в т. ч. 16S рРНК, уже в конце 90-х показали генетическую однородность мацерирующих видов и, одновременно, таксономическую отличность этих видов от рода Erwinia. Таким образом, вновь подтвердилась обособленность рода Pectobacterium и значимость продуцирования пектолитических ферментов как видоспецифичного и родоспецифичного признака. В современной таксономии к мацерирующим патогенам относятся бактерии P. сarotovorum, её подвиды, вариации вида и бактерии из рода Dickeya [8].

Возбудитель БВ – E. multivora вырабатывает пектолитические ферменты, кислоту, газ и по физиолого-биохимическим и культуральным свойствам ничем не отличается от E. сarotovorа (P. сarotovorum). Существовало, однако, всегда главное отличие: E. multivora вызывает бактериальную водянку древесных растений; E. сarotovorа вызывает мягкую гниль овощных культур – моркови, картофеля, капусты и др. Фитобактериологи сельскохозяйственной направленности, работающие с E. сarotovorа, этот вид никогда не выделяли из древесных растений. Соответственно, ни у кого и не возникало желания когда-либо проводить опыты по инокуляции древесных растений. Способность Р. сarotovorum вырабатывать пектиназы и целлюлазы (важнейшие факторы вирулентности), чем не обладает E. nimipressuralis , делает теоретически возможным для Р. сarotovorum паразитировать на древесных, разрушать срединную пластинку и стенки клеток, тем самым – размочаливать паренхиму ксилемы и флоэмы, вызывать потёки слизи и воды из содержимого срединной пластинки и клеток. Способность Р. сarotovorum вырабатывать кислоту и газ при ферментации углеводов, также делает возможным вызывать в патогенезе трещины стволов, мокрую древесину, обводнения тканей и слизетечения, а не только мягкие бактериальные гнили овощных культур, что как раз и характерно бактериальной водянке древесных растений. Именно такие симптомы присущи E. multivora патогену БВ древесных растений, вызывающему системный бактериоз, с поражением всех частей, органов и тканей древесных растений, включая древесину и луб ствола, ветвей, корневые системы, загнивания корней, корешков сеянцев, семян, желудей, орехов, шишек и других генеративных органов. E. multivora типичная мацерирующая бактерия, которая и была впервые описана А.Л. Щербин-Парфененко на древесных растениях. В СССР фитобактериологи Т.М. Самусь и Н.А. Машара считали Е. carotovora возбудителем водянки древесных плодовых [5]. В 1979 г. нами была высказана мысль о том, что близость E. multivora к Е. carotovora дает основание считать возможным наличие мутанта последней на древесных и, согласно существующей тогда систематике Bergey [10], Е. multivora могла быть отнесена к группе «Carotovora», а E. multivora и E. nimipressuralis это разные виды [5]. При изучении БВ дуба на Украине А.Ф. Гойчук выделяет из древесины дуба поражённого БВ E. nimipressuralis, а из пораженных бактериальной гнилью желудей дуба – Е. carotovora [2]. Т.М. Рыбалко, изучая БВ хвойных Сибири, выделяет E. nimipressuralis, среди изучаемых штаммов которой выделяется и группа штаммов продуцирующих пектолитические ферменты, что свидетельствует как раз о наличии в среде патогенов БВ бактерий мацерирующего типа [4].

В работах последнего десятилетия по изучению МД за рубежом, стала идентифицироваться вообще вся микрофлора, выделяемая из мокрой древесины и потёков слизи. Оказалось, что в сосудах ксилемы, паренхиме древесины и коры, в истекающей из ран и трещин слизи содержится большое количество видов бактерий принадлежащих более чем 15 родам, что породило версию о комплексной причине МД [6]. Ряд исследователей причиной МД огульно стали называть весь конгломерат микрофлоры выделяющейся из мокрой древесины и потёков слизи. При этом, ни у кого не возникало желания докопаться до истины и провести опыты по инокуляции по схеме Коховской триады, т.е. подтвердить не только вирулентность штаммов, но и симптоматику БВ-МД. Большинство выделяемых бактерий представляют эпифитно- и эндофитно- сапрофитную микрофлору. Истинные возбудители могут встречаться в конгломерате, что подтверждается присутствием в нём представителей родов Erwinia, Enterobacter, Pectobacterium [7].

С появлением в фитобактериологии молекулярно-генетических методов, появились исследования по сравнению коллекционных штаммов из международных генбанков бактерий. За рубежом начался перманентный процесс реклассификации видов. Это привело к тяжелым таксономическим перестройкам в бактериологии, были разрушены классические системы и представления устоявшихся в фитобактериологии классификаций родов и видов бактерий, базировавшихся на феноменологических подходах, представляющих биологию таксона как соответствие совокупности физиолого-биохимических, культурально-морфологических, серологических, вирулентных и других феноменологических характеристик и свойств, применяемых для идентификации вида, типичным симптомам соответствующих бактериозов. Многие виды лишились статуса самостоятельного вида и стали вариатипами базовых видов, возникло много новых родов. Но наиболее сложной стала трансформация, когда виды стали кочевать из одного рода в другой становясь синонимами одновременно в двух и, даже трёх родах [8]. Генетические методы разрушили сложившиеся устои и представления о феноменологическом виде. Оказалось, что генетический вид очень часто отличается от феноменологического. Развернувшаяся дискуссия о понятии вида в фитобактериологии лишь подтвердила, что никакой стройной концепции вида пока не существует, таксономия во многом зависит от уровня субъективизма исследователя, способного в разумной степени учесть генетические и феноменологические характеристики [8]. В процессе пересмотра массивов коллекционных штаммов проявился интерес и к штаммам E. nimipressuralis. Вид стал включаться в сравнительные исследования таксономических рядов коллекционных штаммов в целях упорядочения их систематической принадлежности на основании применения, получивших распространение методов ДНК-ДНК и ДНК-рРНК гибридизации, 16S рРНК, MLSA и др. Однако, желания перепроверить вирулентность штаммов E. nimipressuralis так и не возникло. Оказалось, что вид по своим молекулярно-генетическим характеристикам не имеет генетического родства с представителями рода Erwinia и коррелирует с представителями рода Enterobacter, в частности с базовым видом Е. cloacae. В связи с этим, E. nimipressuralis был исключен из рода Erwinia и стал какое-то время синонимом Еnt. cloacae, потеряв статус самостоятельного вида [8]. Вид Еnt. cloacae, вызывающий оппортунистические инфекции человека и животных, никогда ранее не выделялся из древесных растений и не относился к фитопатогенным бактериям, что, по сути, лишило известный бактериоз «Wetwood» (МД) ранее «законного» возбудителя.

Впоследствии вид, представленный американскими коллекционными штаммами, всё же получил самостоятельный статус – Ent. nimipressuralis [3, 8], но проблемы сомнительной вирулентности и непричастности к ключевым симптомам БВ-МД не исчезли. Учитывая, что в роде Enterobacter в ходе новых таксономических трансформаций появились также фитопатогенные виды бактерий древесных Ent. pyrinus, Ent. mori, род теперь имеет отношение и к бактериозам растений, в частности древесных растений.

Параллельно произошла и трансформация взглядов в зарубежных публикациях по этиологии БВ-МД. Какое-то время возбудителем бактериоза стали указывать Еnt. сloacae, хотя вид никогда не выделялся из растений, его патогенность в отношении как травянистых, так и древесных растений никогда никем не проверялась, опыты по искусственной инокуляции не ставились.

Весьма показательными, полной дезинтеграции единого мнения в отношении истинного патогена МД, стали публикации в которых фигурирует один и тот же фотоснимок ствола тополя с типичной симптоматикой БВ-МД – трещиной и потёком слизи на стволе под которым в качестве возбудителя последовательно в разное время указывали Е. nimipressuralis, Еnt. сloacae, и P. сarotovorum – виды, далёкие друг от друга в феноменологическом отношении, как и в генетическом. Но, тогда какой вид есть истинный патоген БВ-МД? Последний вариант, собственно и есть то, что и требовалось доказать. Именно P. сarotovorum по своим физиолого-биохимическим свойствам образует газ и кислоту, ферменты пектиназу и целлюлазу, что позволяет соответствовать истинной симптоматике БВ-МД. Ранее мы показали, что связь P. сarotovorum (Е. сarotovorа) с патогенезом БВ-МД уже подтверждалась. Более того, теперь в публикациях утверждается, что P. сarotovorum вызывает не только некроз сосудов свеклы, черную ножку картофеля и других овощей (отсюда и название carotovora – "морковный-людоед"), но также «Slime flux» – поток слизи, т. е. симптом БВ-МД, на многих различных породах деревьев [15, 16]. В другой публикации, по исследованию родства мацерирующих видов Dickeya и Pectobacterium [14], в числе растений-хозяев P. сarotovorum указываются и древесные породы родов Pyrus, Morus, Persea, Dracaena, Pandanus, Mangifera. К сожалению, в работе не сообщается о причастности P. сarotovorum к симптоматике БВ-МД. Не исключено, что в качестве источника получения штаммов P. сarotovorum служили части и органы этих растений (возможно плоды) пораженные мягкими «каротоворными» гнилями.

Таким образом, в соответствии с новыми тенденциями в таксономии фитопатогенных бактерий причастных к патологии БВ-МД можно предположить, что в качестве истинного патогена может выступать P. сarotovorum, и её возможные специализированные вариатипы или патовары в качестве которых можно рассматривать Е. (Pectobacterium) multivora. (полагаем, возможного синонима P. сarotovorum). Специальные работы по мацерирующим бактериозам древесных растений, как и работы по искусственным заражениям P. сarotovorum древесных растений, за рубежом пока не известны. Древесная специализация P. сarotovorum требует дальнейшего изучения. В настоящее время имеется несколько родов фитопатогенных бактерий, в которых виды одновременно поражают как травянистые, так и древесные растения и специализация в большей степени происходит относительно генетически родственных растений-хозяев в рамках обособленных таксонов – семейств и родов растений. Участие в патогенезе БВ-МД Ent. nimipressuralis возможно лишь в части образования потемнения и образования водослоя древесины, образования трещин, но не мацерирующих патологий семян, плодов, шишек, других генеративных органов, загнивания корней деревьев и корешков сеянцев, образования слизетечения и мягких гнилей (что как раз и свойственно Е. (P.) multivora). Оба вида вероятно могут совместно встречаться в одних и тех же тканях не вызывая антагонизма, в связи с чем возможны затруднения при изоляции и получении чистых культур.

Список использованных источников

1. Гвоздяк Р.И., Яковлева Л.М. Бактериальные болезни лесных древесных пород. -Киев: Наукова думка, 1979. – 244 с.

2. Гойчук А. Ф. Бактериальные болезни дуба черешчатого в лесостепи УССР. Автореф. дисс. канд. биол. наук: 06.01.11, УСХА. -Киев: 1984. – 25 с.

3. Определитель бактерий Берджи. в 2 т. Т. 1. -М.: Мир, 1997. 432 с.

4. Рыбалко Т.Н., Гукасян А.Б. Бактериозы хвойных Сибири. – Новосибирск: Наука, 1986. – 80 с.

5. Черпаков В.В. Бактериальный ожог лиственных пород Северо-Западного Кавказа и обоснование мер борьбы с ним. Автореф. дисс. канд. биол. наук: 06.01.11. – Тбилиси, 1979. – 25 с.

6. Черпаков В.В. Бактериальная водянка: поражаемость хвойных пород зарубежных стран. Сб. научных трудов // Актуальные проблемы лесного комплекса. Выпуск 35. – С. 86-91.

7. Черпаков В.В. Исследование патогенных свойств бактерий «мокрой древесины». Сб. научных трудов // Актуальные проблемы лесного комплекса. Выпуск 41. – С.158163.

8. Черпаков В.В. Тенденции в таксономии фитопатогенных бактерий древесных растений. Мониторинг и биологические методы контроля вредителей и патогенов древесных растений: от теории к практике. Материалы Всероссийской конференции с международным участием, Москва 18 22 апреля 2016 г. Красноярск: ИЛ СО РАН, 2016. – С. 246 – 247.

9. Щербин-Парфененко А.Л. Бактериальные заболевания лесных пород. М.: Гослесбумиздат, 1963. 148 с.

10. Bergey's Manual of determinative bacteriology. 8-th ed. Baltimore, 1974.1268 р.

11. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology. vol. 1., Baltimore, London,1984. 964 р.

12. Carter J.C. (1945) Wetwood of elms. Bull Illinois Nat Hist Surv 23: 401–448.

13. Elliott C. Manual of Bacterial Plant Pathogens. – Watcham. Maas., USA, 1951.

14. Ma B., Hibbing M. E., Kim H.-S., et al.2007. Host range and molecular phylogenies of the soft rot enterobacterial genera Pectobacterium and Dickeya. Phytopathology 97:1150 1163.

15. Pectobacterium carotovorum.

https://en.wikipedia.org/wiki/Pectobacterium_ carotovorum.

16. Toth I. K.,Bell K.S.,Holeva, M. C., Birch, P. R. J. (1 January 2003). "Soft rot erwiniae: from genes to genomes". Molecular Plant Pathology. 4 (1): 17–30.