Vpliv izboljšane mikrobiologije tal na dinamiko fitoplazme pri zlati trsni rumenici: hipoteza in raziskovalni okvir za uporabo BGA
Bolezen Flavescence dorée ali zlata trsna rumenica predstavlja eno največjih fitosanitarnih groženj evropskemu vinogradništvu. Povzroča jo fitoplazma, ki kolonizira floem vinske trte (Vitis vinifera) in se prenaša z vektorjem Scaphoideus titanus ali ameriškim škržatkom. Trenutni ukrepi v Evropski uniji temeljijo predvsem na nadzoru vektorja in odstranjevanju okuženih rastlin, saj učinkovito zdravljenje okuženih trt ni znano.
V zadnjih letih se povečuje zanimanje za vlogo talnega mikrobioma pri odpornosti rastlin na patogene. Ta članek predstavlja hipotezo, da lahko izboljšanje mikrobiologije tal z uporabo organskega gnojila BGA vpliva na fiziološko stanje vinske trte ter posledično na dinamiko fitoplazme v rastlini.
Hipoteza predvideva, da izboljšana mikrobiološka aktivnost tal lahko posredno zmanjša titer fitoplazme ali upočasni razvoj bolezni preko izboljšane fiziologije rastline, povečane odpornosti in stabilizacije metabolnih procesov v floemu.
Zlata trsna rumenica (Flavescence dorée) je karantenska bolezen vinske trte, ki je v zadnjih desetletjih povzročila resne gospodarske izgube v številnih evropskih vinorodnih regijah.
Fitoplazme so bakterijam sorodni mikroorganizmi brez celične stene, ki živijo izključno v floemu rastlin. Zaradi svoje biologije so zelo težko dostopne za neposredno zatiranje. Bolezen se širi predvsem preko žuželčjega vektorja Scaphoideus titanus, kar otežuje njeno obvladovanje.
Trenutni fitosanitarni ukrepi temeljijo na:
- nadzoru populacije vektorja,
- odstranjevanju okuženih rastlin,
- uporabi certificiranega sadilnega materiala.
V zadnjem desetletju pa se vse več raziskav osredotoča na vlogo talnega mikrobioma pri zdravju rastlin in njihovi odpornosti na bolezni. Interakcije med mikroorganizmi v tleh, koreninskim sistemom in fiziologijo rastline lahko vplivajo na imunske odzive rastline ter njeno sposobnost toleriranja patogenov.
Teoretična podlaga
V okviru Soil Microbiology je dobro znan koncept t. i. supresivnih tal, kjer določene mikrobne skupnosti zavirajo razvoj rastlinskih bolezni.
Mikroorganizmi v tleh lahko vplivajo na zdravje rastlin preko več mehanizmov:
- povečanje dostopnosti hranil,
- proizvodnja bioaktivnih metabolitov,
- izboljšanje strukture tal,
- aktivacija obrambnih signalnih poti rastline.
Eden izmed pomembnih mehanizmov je Induced Systemic Resistance, kjer mikroorganizmi sprožijo obrambni odziv rastline in jo pripravijo na učinkovitejše odzivanje na patogene.
Čeprav je ta pojav dobro dokumentiran pri številnih glivičnih in bakterijskih boleznih, njegova vloga pri sistemskih patogenih, kot so fitoplazme, še ni bila temeljito raziskana.
Hipoteza
Osrednja hipoteza tega članka je:
Izboljšana mikrobiologija tal lahko izboljša fiziološko stanje vinske trte, kar lahko vpliva na dinamiko fitoplazme in upočasni razvoj bolezni.
Hipoteza predvideva tri možne biološke mehanizme:
- izboljšanje prehranskega statusa rastline in stabilizacija floemskega metabolizma,
- aktivacija obrambnih signalnih poti rastline,
- zmanjšanje oksidativnega stresa in povečanje sinteze obrambnih metabolitov.
Vloga BGA gnojila
Organsko gnojilo BGA je razvito z namenom izboljšanja mikrobiološke aktivnosti tal ter povečanja razpoložljivosti hranil za rastline.
Vsa terenska opazovanja pri različnih kulturah so pokazala:
- povečano mikrobiološko aktivnost tal,
- izboljšano vitalnost rastlin,
- boljši razvoj koreninskega sistema.
Na podlagi teh opažanj se postavlja vprašanje, ali bi lahko izboljšana mikrobiološka aktivnost tal vplivala tudi na razvoj zlate trsne rumenice.
Predlagan raziskovalni okvir
Za preverjanje hipoteze je potreben kontroliran terenski poskus v vinogradu z znano prisotnostjo bolezni Flavescence dorée.
Poskus bi temeljil na primerjavi:
- okuženih trt z uporabo BGA
- okuženih trt brez BGA (kontrola)
Meritve bi vključevale:
- kvantifikacijo fitoplazme z molekularnimi metodami,
- analizo mikrobiološke aktivnosti tal,
- oceno fiziološkega stanja trte.
Za kvantifikacijo patogena bi bila uporabljena metoda Droplet Digital PCR, ki omogoča zelo natančno določanje števila kopij DNA patogena v rastlinskem tkivu.
Možni rezultati
Eksperiment lahko vodi do več možnih rezultatov:
- zmanjšanje titra fitoplazme v trtah, obdelanih z BGA,
- zmanjšanje simptomov bolezni brez spremembe titra patogena,
- odsotnost merljivega vpliva.
Prvi scenarij bi imel pomembne znanstvene in praktične posledice, saj bi nakazoval možnost posrednega vpliva talnega mikrobioma na sistemske patogene rastlin.
Razprava
Razumevanje interakcij med mikrobiomom tal, rastlino in patogenom predstavlja eno najhitreje razvijajočih se področij sodobne agronomije.
Čeprav trenutno ni dokazov, da bi talni mikroorganizmi lahko neposredno odstranili fitoplazmo iz rastline, obstaja vse več dokazov, da mikrobiom pomembno vpliva na:
- odpornost rastlin,
- razvoj bolezni,
- stabilnost agroekosistemov.
Zato je raziskovanje teh interakcij ključnega pomena za razvoj trajnostnih pristopov v varstvu rastlin.
Zlata trsna rumenica ostaja ena najtežje obvladljivih bolezni vinske trte. Novi pristopi, ki temeljijo na izboljšanju talnega ekosistema, bi lahko predstavljali pomemben dopolnilni element pri upravljanju bolezni.
Hipoteza, da izboljšanje mikrobiologije tal lahko vpliva na dinamiko fitoplazme, zahteva temeljito eksperimentalno preverjanje. Predlagani raziskovalni okvir predstavlja prvi korak k razumevanju potencialne vloge talnega mikrobioma pri tej bolezni.
Literatura
- Bertaccini A., Duduk B. (2009). Phytoplasma and phytoplasma diseases. Journal of Plant Pathology.
- Hogenhout S.A. et al. (2008). Phytoplasmas: bacteria that manipulate plants and insects. Molecular Plant Pathology.
- Lee I.M. et al. (2000). Phytoplasma taxonomy. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology.
- Weintraub P.G., Beanland L. (2006). Insect vectors of phytoplasmas. Annual Review of Entomology.
- Belli G. et al. (2010). Flavescence dorée of grapevine. Plant Disease.
- EFSA Panel on Plant Health (2016). Risk assessment of Flavescence dorée. EFSA Journal.
- Compant S. et al. (2010). Endophytic colonization of plants by beneficial microorganisms. Applied and Environmental Microbiology.
- Mendes R. et al. (2011). Deciphering the rhizosphere microbiome for disease suppression. Science.
- Berendsen R.L. et al. (2012). The rhizosphere microbiome and plant health. Trends in Plant Science.
- Pieterse C.M.J. et al. (2014). Induced systemic resistance by beneficial microbes. Annual Review of Phytopathology.
- Vacheron J. et al. (2013). Plant growth-promoting rhizobacteria. Environmental Microbiology.
- Schlatter D. et al. (2017). Disease suppressive soils. Nature Reviews Microbiology.
- van der Heijden M.G.A. et al. (2008). Soil microbes and ecosystem functioning. Ecology Letters.
- Hartmann M. et al. (2015). Microbial diversity in soils. ISME Journal.
- Trivedi P. et al. (2020). Plant microbiome interactions. Nature Reviews Microbiology.
- Bulgari D. et al. (2011). Bacterial community in grapevine. Environmental Microbiology.
- Zarraonaindia I. et al. (2015). Soil microbiome influences grapevine microbiome. PNAS.
- Compant S. et al. (2019). Grapevine microbiome. Frontiers in Plant Science.
- Turner T.R. et al. (2013). The plant microbiome. Nature Reviews Microbiology.
- Busby P.E. et al. (2017). Research priorities for plant microbiomes. New Phytologist.
- Jacoby R. et al. (2017). The role of soil microbes in plant nutrition. Plant Physiology.
- Lugtenberg B., Kamilova F. (2009). Plant growth-promoting rhizobacteria. Annual Review of Microbiology.
- Berg G. et al. (2017). Plant microbiome definition. Microbiome.
- Cha J.Y. et al. (2017). Microbial induced systemic resistance. Plant Cell Reports.
- Philippot L. et al. (2013). Going back to the roots. Nature Reviews Microbiology.
- Vandenkoornhuyse P. et al. (2015). The importance of the plant microbiome. New Phytologist.
- Bais H.P. et al. (2006). The role of root exudates. Annual Review of Plant Biology.
- Bulgari D. et al. (2014). Microbial communities associated with grapevine. PLoS ONE.
- Hogenhout S.A. et al. (2009). Plant–phytoplasma interactions. Annual Review of Phytopathology.
- Nerva L. et al. (2022). Microbiome influence on grapevine health. Frontiers in Microbiology.
