doi: 10.15389/agrobiology.2016.3.275rus
УДК 632.4.01/.08:582.282.192.3:57.065:577.21
Работа поддержана средствами гранта РФФИ № 15-29-02527.
МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ИССЛЕДОВАНИИ ТАКСОНОМИИ И СПЕЦИФИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ТОКСИНПРОДУЦИРУЮЩИХ ГРИБОВ РОДА Fusarium: УСПЕХИ И ПРОБЛЕМЫ (обзор)
А.А. СТАХЕЕВ1, Л.В. САМОХВАЛОВА1, Д.Ю. РЯЗАНЦЕВ1,
С.К. ЗАВРИЕВ1,2
Аскомицетные рода Fusarium, выделенного в качестве отдельной таксономической группы в 1809 году Генрихом Фридрихом Линком (Heinrich Friedrich Link), распространены по всему миру и занимают различные экологические ниши. Их обнаруживают в почве и растениях в качестве эндофитов, сапротрофов либо паразитов. Заболевания сельскохозяйственных культур, вызванные представителями рода Fusarium, ежегодно наносят существенный ущерб, выражаемый сотнями миллионов долларов. Помимо снижения урожая и ухудшения его качества, опасность заражения культурных растений возбудителями фузариоза обусловлена их способностью продуцировать токсические метаболиты (фузариотоксины). В 1930-1940-х годах потребление перезимовавшего в поле зерна, содержащего фузариотоксины, привело к гибели десятков тысяч людей в Поволжье и на Урале. Приведенные факты делают необходимым тщательное изучение морфологии, биохимии и генетики этих организмов. На сегодняшний день не существует универсальной таксономической системы рода Fusarium, поэтому во многих случаях идентифицировать штамм с точностью до вида затруднительно. Высокая изменчивость морфологических структур с одной стороны, и их сходство у близкородственных видов — с другой, создают огромные проблемы для исследователей, использующих классические методы идентификации и систематизации представителей этой группы. Все более важную роль в изучении разнообразия представителей рода Fusarium играют методы, основанные на применении ДНК-маркеров, позволяющие идентифицировать вид по характерной последовательности нуклеотидов его ДНК. Применение такого подхода дало возможность выявить целый ряд новых видов в составе рода. Так, в исследованиях Т. Yli-Mattila с соавт. (2009, 2011) использование мультилокусного филогенетического анализа позволило выделить в качестве новых видов F. sibiricum и F. ussurianum, которые были обнаружены в Сибири и на Дальнем Востоке и морфологически сходны соответственно с F. langsethiae и F. graminearum. Авторами настоящей статьи с помощью ДНК-маркеров впервые на территории России идентифицирован вид F. torulosum, морфологически сходный с F. avenaceum. Не менее важно и то, что анализ меж- и внутривидового полиморфизма ДНК делает возможным создание высокоспецифичных систем молекулярной детекции грибов рода Fusarium, в том числе поражающих растения и синтезирующих токсины. Использование таких систем, например описанных M. Nicolaisen с соавт. (2009) или A.A. Stakheev с соавт. (2011), позволяет не только своевременно обнаружить заражение растений продуцентами микотоксинов, но и количественно оценить их содержание в пробе. В то же время ряд проблем остаются нерешенными: в частности, до сих пор идут споры о наиболее информативном и корректно отражающем эволюционную историю рода маркере; кроме того, использование различных концепций вида (морфологической, биологической, филогенетической) усложняет задачу создания единой универсальной таксономической системы рода. В настоящем обзоре обсуждаются основные достижения и проблемы филогенетики рода Fusarium, и перспективы использования молекулярно-генетического подхода в исследовании этой группы организмов.
Ключевые слова: род Fusarium, таксономия, ДНК-маркер, микотоксины, филогенетиче-ский анализ.
A.A. Stakheev1, L.V. Samokhvalova1, D.Yu. Ryazantsev1,
S.K. Zavriev1,2
Ascomycetous fungi of the genus Fusarium, which was separated as a single taxonomic group in 1809 by Heinrich Friedrich Link, are distributed worldwide and have different ecological niches. They have been found in soil and plants as endophytes, saprotrophs and parasites. Infections of agricultural plants, caused by Fusarium fungi, lead to annual damage, estimated in hundred million dollars. In addition to decrease harvest quality and quantity, Fusarium fungi are able to produce toxic metabolites (fusariotoxins). The consumption of fusariotoxin-contaminated winter grain led to deaths of tens of thousands of people in Volga and Ural regions in 1930s-1940s. These factors make necessary investigation of morphology, biochemistry and genetics of those organisms. Nowadays there is no universal taxonomic system of the genus Fusarium, so it is not possible to identify an isolate to species level in many cases. The high variability of morphological structures, and, on the other side, their similarity for closely related species, are major problems for researchers which use classical methods for identification and systematization of this group of fungi. Today, the molecular methods, based on the use of specific DNA sequence, are playing an increasingly important role in Fusarium systematics. The application of this approach has led to establishment of a number of new species in the genus. T. Yli-Mattila et al. (2009, 2011) used multilocus phylogenetic analysis to describe the novel species F. sibiricum and F. ussurianum which were found in Siberia and Far East and proved to be morphologically similar to F. graminearum and F. langsethiae, respectively. The authors of this paper identified the species F. torulosum (morphologically similar to F. avenaceum) in Russia for the first time based on the use of DNA markers. It is no less important that the analysis of inter- and intraspecific polymorphism makes possible the development of highly-specific assays for molecular detection of Fusarium fungi, including ones which infect plants and produce mycotoxins. The use of these assays (for example, ones described by M. Nicolaisen et al., 2009 and A.A. Stakheev et al., 2011) allows not only to detect the contamination of plants by mycotoxin producers, but also to estimate the quantity of their content in a probe. At the same time, a lot of questions are still unanswered: particularly, simultaneous application of different species concepts (morphological, biological and phylogenetic) makes it difficult to develop universal taxonomic system of the genus; also the most informative and reliable marker, which would reflect the evolutionary history of the genus, has not been found. The main achievements and problems of Fusarium phylogenetics, and perspectives of the application of molecular approach for studies of this group of organisms are discussed in this review.
Keywords: genus Fusarium, taxonomy, DNA marker, mycotoxins, phylogenetic analysis.
1ФГБУН Институт биоорганической химии |
Поступила |
Оформление электронного оттиска
