Ученые из компании «ГенБит» и Всероссийского научно-исследовательского института фитопатологии предложили новую методику экспресс-диагностики болезней картофеля на основе ПЦР-матриц. Созданные тест-системы для выявления 30 наиболее вредоносных патогенов картофеля имеют широкие перспективы использования в сельском хозяйстве. Новая технология уже была применена в ряде регионов России для широкомасштабной проверки картофельных полей на присутствие 15 экономически значимых патогенов. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда. Результаты работы опубликованы в журнале Pathogens.

Ранняя диагностика патогенов картофеля — одно из ключевых условий снижения потерь урожая, поскольку позволяет своевременно предпринимать необходимые меры по его защите. Особенно это важно в случае бактериальных и вирусных инфекций, поскольку, в силу их биологических особенностей, растение после заражения уже невозможно вылечить. Своевременное выявление таких патогенов в семенном картофеле позволяет отбраковать зараженные клубни и избежать появления и распространения инфекции в поле. Не менее важна диагностика болезней растений — благодаря ей можно вовремя принимать меры по уничтожению переносчиков инфекции, выбраковке пораженного картофеля, закрытию поля на карантин и т. п.

Сегодня большинство коммерческих систем диагностики основаны на принципе «один тест — один патоген». Кроме того, многие из них требуют проведения анализа в стационарных лабораториях персоналом соответствующего уровня квалификации.

Команда ученых из компании «ГенБит» и Всероссийского НИИ фитопатологии предложила новую методику диагностики, основанную на использовании специальных ПЦР-матриц и позволяющую в течение всего 2 часов определить присутствие в образце сразу многих патогенов. В основе метода лежит полимеразная цепная реакция (ПЦР), широко используемая для проведения диагностических исследований в медицине, ветеринарии и фитопатологии. Особенностью методики — использование ПЦР-матриц с заранее нанесенными реактивами, позволяющих проводить одновременно до 48 разных реакций.

«В каждую лунку 30- или 48-луночной матрицы наносят смесь реагентов, необходимых для ПЦР-анализа конкретного патогена. Благодаря специальной технологии стабилизации и иммобилизации реагентов на матрице в процессе высушивания, созданной специалистами компании «ГенБит», срок годности готовых матриц при комнатной температуре составляет 3–6 месяцев, существенно превышая таковые у известных мировых аналогов. Для проведения анализа остается только выделить ДНК из образцов, нанести ее в лунки, установить матрицу в микрочиповый амплификатор AriaDNA и запустить процесс. Анализ происходит в автоматическом режиме и занимает около получаса. По завершении работы система сообщает, какие именно патогены были обнаружены», — рассказала соавтор статьи Наталия Стацюк, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела болезней картофеля и овощных культур НИИ фитопатологии.

Новая технология дает возможность анализировать образец на присутствие множества патогенов одновременно (или, наоборот, множество образцов на присутствие определенного патогена). Применение готовых микроматриц позволяет проводить анализ без использования специально оборудованных помещений, высококвалифицированного персонала и множества сложных и длительных процедур.

Сегодня ученые разработали тест-системы для диагностики 30 наиболее вредоносных вирусных, бактериальных, грибковых и нематодных (вызываемых микроскопическими червями) болезней картофеля. Созданные на их основе ПЦР-матрицы для обнаружения вирусных и бактериальных патогенов уже испытали на практике. В 11 регионах России провели масштабную проверку фитосанитарного состояния картофельных полей на присутствие сразу 15 патогенов. Исследования такого масштаба и с таким охватом до настоящего момента не проводили не только в нашей стране, но и в мире. Впервые в России получена информация о присутствии и составе смешанных вирусных инфекций.

Таким образом, предложенная технология позволит оценивать качество импортируемого и выращиваемого картофеля, а также диагностировать его болезни на ранних стадиях и контролировать присутствие карантинных патогенов, причем даже в условиях полевых лабораторий. Кроме того, она будет полезна региональным производителям картофеля, которые смогут подбирать сорта, устойчивые к распространенным в регионе возбудителям заболеваний, для минимизации потерь урожая. Высокая степень стандартизации результатов и возможность их пересылки в единый центр обработки и анализа может в перспективе привести к созданию мониторингового центра по болезням картофеля, куда будет стекаться в оперативном режиме вся информация по фитосанитарной ситуации в России.

Картинка: (a) Микрочиповый амплификатор AriaDNA...

Картинка: (a) Микрочиповый амплификатор AriaDNA, подключенный к ноутбуку, и ПЦР-микроматрица в держателе. (b) 48-луночная микроматрица и держатель (цифры на линейке обозначают сантиметры). Источник: Alexander Malko et al. / Pathogens, 2019

Благодаря тесному сотрудничеству компании «ГенБит» с Российским сельскохозяйственным центром, последний стал одним из первых потребителей предложенной технологии. В течение нескольких лет на базе его региональных отделений проводился массовый скрининг поступающих туда образцов картофеля, результаты которого легли в основу опубликованной статьи. В настоящее время ведется работа по включению матричной технологии диагностики в перечень стандартных методов диагностики болезней картофеля, используемых в Российской Федерации, а в перспективе — и в мире.