Установлен возбудитель ирландского картофельного голода
Международная команда ученых выявила, что причиной Великого голода в Ирландии середины XIX века стал уникальный штамм фитофтороза, который они назвали HERB-1.
Впервые ученые расшифровали геном патогена растения и его растения-хозяина из высушенных гербарных образцов. Это открывает новую область исследований для понимания эволюции патогенов и влияния деятельности человека на распространение болезней растений.
Phytophthora infestans изменила ход истории. Даже сегодня население Ирландии не восстановилось до уровня, предшествовавшего голоду. «Мы наконец-то обнаружили точный штамм, вызвавший весь этот хаос», — говорит Эрнан Бурбано из Института биологии развития Общества Макса Планка.
В исследовании, опубликованном в eLife, молекулярные биологи из Европы и США реконструировали распространение патогена фитофтороза по высушенным растениям. Несмотря на возраст образцов от 120 до 170 лет, в них сохранилось множество неповрежденных фрагментов ДНК.
«Гербарии представляют собой богатый и неиспользованный источник, из которого мы можем узнать огромное количество информации об историческом распространении растений и их вредителей, а также об истории людей, которые выращивали эти растения», — считает Кентаро Йошида из Лаборатории Сэйнсбери в Норидже.
Исследователи изучили историческое распространение похожего на гриб оомицета Phytophthora infestans, известного как возбудитель ирландского картофельного голода. Долгое время считалось, что причиной смертоносной вспышки был штамм US-1. Текущее исследование пришло к выводу, что ответственен был новый для науки штамм. Хотя он более тесно связан со штаммом US-1, чем с другими современными штаммами, он уникален. «Оба штамма, по-видимому, отделились друг от друга всего за несколько лет до первой крупной вспышки в Европе», — говорит Бурбано.
Ученые сравнили исторические образцы с современными штаммами из Европы, Африки и Америки, а также с двумя близкородственными видами Phytophthora. Они смогли с уверенностью оценить, когда различные штаммы Phytophthora разошлись друг от друга в ходе эволюции. Штамм HERB-1 Phytophthora infestans, вероятно, появился в начале 1800-х годов и продолжил свое глобальное завоевание на протяжении всего XIX века. Только в двадцатом веке, после внедрения новых сортов картофеля, HERB-1 был вытеснен другим штаммом Phytophthora infestans — US-1.
Ученые обнаружили несколько связей с историческими событиями. Первый контакт между европейцами и американцами в Мексике в XVI веке совпадает с заметным увеличением генетического разнообразия Phytophthora. Социальные потрясения того времени могли привести к распространению патогена из его центра происхождения в долине Толука в Мексике. Это, в свою очередь, ускорило бы его эволюцию.
К этим выводам международная команда пришла после расшифровки полных геномов 11 исторических образцов Phytophthora infestans, взятых с листьев картофеля, собранных за более чем 50 лет. Они происходили из Ирландии, Великобритании, Европы и Северной Америки и хранились в гербариях Мюнхенской государственной ботанической коллекции и садов Кью в Лондоне.
«Оба гербария проявили большое доверие к нашим способностям и были очень щедры, предоставив высушенные растения», — сказал Марко Тинс из музея Зенкенберга и Университета Гёте во Франкфурте, один из соавторов исследования. «Степень сохранности ДНК в гербарных образцах действительно удивила нас», — добавляет Йоханнес Краузе из Тюбингенского университета, другой соавтор. Благодаря замечательному качеству и количеству ДНК в гербарных образцах исследовательская группа смогла оценить весь геном Phytophthora infestans и его хозяина, картофеля, всего за несколько недель.
Методы селекции сельскохозяйственных культур могут влиять на эволюцию патогенов. Это исследование напрямую документирует влияние селекции растений на генетический состав патогена.
«Возможно, этот штамм вымер, когда в начале двадцатого века были выведены первые устойчивые сорта картофеля», — предполагает Йошида. «Достоверно то, что эти выводы значительно помогут нам понять динамику возникающих патогенов. Такая работа прокладывает путь к открытию многих других сокровищ знаний, скрытых в гербариях».