Распространение и генетическое разнообразие вирусов картофеля в регионах России

Cотрудники Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН совместно с коллегами провели широкомасштабное исследование, в ходе которого изучили распространение и генетический состав популяций основных экономически важных вирусов картофеля в 18 регионах России.

Целью работы было не только получение данных о распространении вирусов картофеля в отдельных областях России, но и данных о полных последовательностях геномов этих РНК-содержащих вирусов, для которых характерен высокий уровень рекомбинаций и точечных мутаций. Результаты опубликованы в журнале Acta Naturae (том 18 № 1 (68) 2026).

Картофель — четвёртая по значению продовольственная культура в мире (после риса, пшеницы и кукурузы) и первая незерновая культура. Ежегодно в мире производится свыше 390 млн тонн картофеля. В нашей стране картофель традиционно является одной из основных сельскохозяйственных культур. Его ежегодная продукция составляет около 30 млн тонн. Вирусные заболевания картофеля представляют собой серьёзную проблему для мирового сельского хозяйства, они снижают урожайность, качество продукции и сроки её хранения. При вирусных эпидемиях потери урожая могут составлять до 50 % и более.

Борьба с вирусными эпидемиями и разработка современных методов защиты сельскохозяйственных растений от вирусных инфекций требует мониторинга распространения вирусов растений и их новых вариантов. Для решения этой проблемы разработаны схемы сертификации посадочного материала. Проводится селекция картофеля на устойчивость к вирусным инфекциям. Для борьбы с насекомыми-переносчиками вирусных инфекций используются пестициды.

В настоящее время актуальным направлением развития высокоэффективного картофелеводства стало создание устойчивых к вирусным инфекциям линий/сортов картофеля с помощью технологий биоинженерии, основной из которых является редактирование генома с помощью метода CRISPR-Cas. Альтернативным методом защиты растений от вирусов является активно разрабатываемая инновационная стратегия, основанная на механизме РНК-интерференции, с использованием экзогенных дцРНК, специфичных к нуклеотидной последовательности вирусного генома.

Как рассказали авторы статьи, основными методами анализа вирусных инфекций картофеля и характеристики штаммов и изолятов вирусов являются различные методы иммуноферментного анализа с применением вирус-специфических антител и метод ПЦР с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР). В связи с чем филогенетический анализ штаммов вирусов основан, как правило, на нуклеотидных последовательностях, кодирующих отдельные вирус-специфические белки, главным образом, белки оболочки. В последние годы для диагностики и изучения состава популяций вирусов начали применять метод секвенирования нового поколения.

«В настоящей работе мы использовали этот метод для секвенирования РНК из листьев и клубней картофеля (РНК-сек) с последующей сборкой полноразмерных вирусных геномов de novo для выявления основных экономически важных вирусов картофеля в 18 регионах России, различающихся по климатическим условиям, растениям-резервуарам и векторам-переносчикам», — объяснили исследователи.

В работе были проанализированы данные, полученные на материале, собранном в 2021–2024 годах, с целью выявления вирусов, которые заражают картофель в естественных условиях. Биоинформатический анализ образцов проводили на наличие 16 вирусов картофеля, из которых 9 имеют важное экономическое значение для картофелеводства. К ним относятся вирусы с геномом, представленным оцРНК, включая вирус скручивания листьев картофеля (Potato leafroll virus – PLRV), A, M, S, V, X и Y вирусы картофеля (Potato viruses A, M, S, V, X, Y — PVA, PVM, PVS, PVV, PVX и PVY), вирус метельчатости верхушек картофеля (Potato mop-top virus — PMTV) и вирус погремковости табака (Tobacco rattle virus — TRV). Передача вирусов осуществляется насекомыми-векторами, через клубни и при механических повреждениях.

Учёные выявили в исследованных регионах России распространение четырёх экономически важных вирусов картофеля, оценили их генетическое разнообразие и возможное происхождение. Показано, что наиболее опасный Y вирус картофеля (PVY) распространён повсеместно и представлен только рекомбинантными вариантами. Вторым по частоте распространения является М вирус картофеля (PVM), который во многих случаях определяется совместно с S вирусом картофеля (PVS). В двух российских областях показано присутствие вируса скручивания листьев картофеля (PLRV), который наряду с PVY является важным и опасным патогеном картофеля. Не менее чем в половине изученных образцов выявлены смешанные инфекции, наиболее частым было одновременное присутствие вирусов PVY и PVM (около трети всех образцов).

«Полученные данные важны для разработки мер контроля распространения вирусов картофеля на основании мониторинга их географического распределения. Данные о полногеномных последовательностях вирусов, выявленных в регионах России, используются нами для разработки биологических средств защиты картофеля от вирусов на основе дцРНК, специфичных к последовательности генома вируса, для индукции в растениях механизма РНК-интерференции, который элиминирует вирусную РНК», — резюмировали авторы исследования.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 23-74-30003).