. . . . . . . . . . . . . .
Rizománie
PŘEDMLUVA
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pěstování cukrovky bylo po mnohá desetiletí jedním z úhelných kamenů činnosti a příjmu mnoha zemědělců i cukrovarnického průmyslu na celém světě. Šlechtění nesmírně přispělo k udržení konkurenceschopného postavení této plodiny. Milníky jejího vývoje byly v průběhu let základem trvalého vzestupu výnosu, úspory nákladů a zlepšení odolnosti vůči ničivému působení škůdců, chorob a podnebí. Zdá se, že v důsledku cukerní reformy v Evropské unii a zpřísnění možností používání chemické ochrany rostlin úloha šlechtění v nadcházejících letech ještě vzroste. Jedním z velkých úspěchů šlechtění u cukrovky je vývoj odrůd rezistentních vůči rizománii, kterou vyvolává virus žluté nekrotické žilkovitosti řepy, přenášený na řepné rostliny půdním parazitem Polymyxa betae. Od sedmdesátých let minulého století se tato choroba rychle rozšířila po celém cukrovku pěstujícím světě a jedním, kdo hlavně přispěl ke zvládnutí tohoto problému, byla společnost SESVanderHave. Choroby i plodiny se však stále vyvíjejí a je jasné, že se objeví nový patotyp této choroby, působící vážné problémy u komerčních odrůd, které jsou „vybaveny“ aktuálně používanými geny rezistence. Tento vývoj si žádá nové velké úsilí ze strany dodavatelů osiv. Do odrůd bude třeba zabudovat nové geny rezistence. SESVanderHave může díky své tandemové technologii s hrdostí představit první generaci takových nových odrůd. Je téměř jisté, že to nebude poslední úkol, před který nás zmíněná choroba postaví. V měnícím se politickém, ekonomickém a biologickém prostředí je šlechtění rostlin jednou z věcí, která zanechává mimořádně malé ekologické otisky a stále se měnícímu zemědělství přináší odpovědi a řešení.
Klaas van der Woude Ředitel pro výzkum a vývoj SESVanderHave
PODĚKOVÁNÍ
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Unité de Phytopathologie (FYMY) - Université Catholique de Louvain (UCL) Profesor A. Legrève a profesor C. Bragard
Institut Technique Français de la Betterave Industrielle (ITB)
Institut de Recherche Belge pour l’Amélioration de la Betterave (IRBAB)
2
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
ÚVOD
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Rizománie je jednou z nejvážnějších chorob cukrovky. Vyvolává ji virus žluté nekrotické žilkovitosti řepy (Beet Necrotic Yellow Vein Virus, BNYVV1 ), který se přenáší na cukrovku prostřednictvím kořenového parazita Polymyxa betae, protisty žijícího v půdě2 (Hleibieh et al., 2007). Tato choroba primárně z půdy napadá kořeny rostliny, a to v červnu a později. Slovo „rizománie“ pochází z řečtiny a znamená „kořenové šílenství”. Zvolil jej Canova v roce 1966 kvůli nejcharakterističtějším znakům choroby: proliferaci laterálních vlasových kořínků podél hlavního kořeně.
Obrázek 1. Typické symptomy rizománie (zdroj: ITB) Choroba byla poprvé pozorována v padesátých letech 20. století v údolí řeky Pád na severu Itálie. V té době si nikdo nebyl schopen představit význam, který bude brzy mít. Počátkem 70. let 20. století byla zpozorována v Alsasku a v 80. a 90. letech se objevila téměř ve všech řepařských oblastech Francie. Ve stejné době se tato choroba rozšíříla do většiny zemí Evropy a světa, včetně Číny, USA a Japonska. Nějaký čas se vyskytovala i na severu Evropy (v Dánsku, Švédsku a Anglii). Po určitou dobu panovaly největší obavy ze značné schopnosti šířit se (hlavně vlivem zavlažování), v kombinaci se závažností působených škod (strmě padající výnosy a obsah cukru) a absencí jakýchkoliv prostředků kontroly. Na počátku 80. let byly v některých zvlášť postižených oblastech (například na francouzské západní planině Gâtinais) škody natolik rozsáhlé, až se zdálo, že konec pěstování cukrové řepy je na dohled. To však bylo předtím, než došla uplatnění pozoruhodná práce našich šlechtitelů: o několik let později De Biaggi, šlechtitel v SES, uvedl na trh první odrůdu rezistentní vůči rizománii v Evropě, Rizor. Rizor byl vyšlechtěn zejména pro Itálii a zemědělcům umožnil pokračovat v pěstování cukrovky v údolí Pádu. O rok později, v roce 1985, dostal Rizor zvláštní povolení, které umožňuje jeho přímý prodej ve Francii. V posledních desetiletích šlechtitelé neúnavně pracovali na zlepšení produktivity a kvality odrůd s rezistencí vůči rizománii. Do roku 2008 byl genetický pokrok, který učinili producenti osiva, takový, že převážná většina pěstitelů ve Francii, Belgii a Holandsku dnes vysévá odrůdy rezistentní vůči rizománii na všechna svá pole. [1] Virus žluté nekrotické žilkovitosti řepy [2] Polymyxa betae byla po dlouhou dobu spojována s nižšími houbami, ale dnes se zařazuje mezi protisty (pohyblivý, jednobuněčný živý organismus) (Hleibieh et al., 2007). Protože se však její morfologie dosti podobá morfologii jednobuněčné houby, nazývá se někdy „pseudohouba“.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
3
CO JE VIRUS? Virus není tvořen živými buňkami, ale v mnoha funkcích nezbytných pro svůj životní cyklus závisí na hostitelských buňkách. Virus je ve skutečnosti velmi malá částice (přibližně milionkrát menší než rostlinná buňka) sestávající z molekul (1) nukleových kyselin (DNA3 nebo RNA4 , obsahujících genetickou informaci), chráněných proteinovým obalem (2) pravidelného geometrického tvaru, nazývaným kapsida. U BNYVV virus sestává ze 4 až 5 molekul RNA uzavřených do malé kapsidy tyčkovitého tvaru.
Obrázek 2. Virus rizománie sestává ze 4 až 5 molekul RNA, uzavřených do malé kapsidy tyčkovitého tvaru, měřící na délku přibližně sto nanometrů (1 nanometr = 1 miliontina metru). Zdroj: Profesor D. Gilmer (Institut de Biologie Moléculaire des Plantes ve Štrasburgu) Nukleová kyselina přítomná ve viru tvoří omezený počet genů kódujících řadu proteinů (4 až 12 u rostlinných virů), mezi jejichž funkce patří reprodukce, pohyb, přenos z rostliny na rostlinu pomocí vektoru, enkapsidace, symptomatologie apod. Všechny tyto funkce jsou pro životní cyklus viru nezbytné. K syntéze proteinů z genů je však potřeba celá řada nástrojů: enzymy, ribozomy apod. Virus zpočátku žádný z nich nemá, takže sám není schopen vyrobit proteiny, které potřebuje k rozmnožení. To je důvodem, proč virus potřebuje vstoupit do hostitelské buňky a použít její buněčné mechanismy pro své vlastní rozmnožení. Děje se to ke škodě rostliny, u níž v některých případech může dojít k významným změnám růstu a vývoje. Takovému viru se říká obligatorní parazit.
[3] Deoxyribonukleová kyselina [4] Ribonukleová kyselina
4
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
GEOGRAFICKÉ ROZDĚLENÍ
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
RIZOMÁNIE Rizománie se nachází ve všech oblastech světa, kde se pěstuje cukrovka: v severní Americe, Asii, severní Africe, Evropě, Rusku atd. V Evropě se dnes toto onemocnění vyskytuje ve všech zemích. Odhaduje se, že kontaminováno je přibližně 80% ploch v Evropě. Ušetřeno dosud zůstalo jen Finsko a Irsko (kde se po cukerní reformě řepa již nepěstuje). Důvodem je nepochybně relativní izolace a chladnější klima těchto regionů. Obecně je velmi nesnadné odhadnout rozšíření rizománie nebo procento kontaminovaných oblastí v takových zemích, jako Francie, Belgie a Nizozemsko. Je tomu tak proto, že se zde předpokládá výskyt rizománie téměř ve všech řepařských oblastech a tak se prakticky vždy používají odrůdy rezistentní vůči této chorobě. Ve Velké Británii je naopak situace odlišná. Rizománie zde byla poprvé zjištěna poněkud později (v roce 1987). Nejdříve postihla lehké půdy ve východní Anglii, ale pak se rychle rozšířila na těžké půdy této oblasti i lehké půdy v Lincolnshiru a Nottinghamshiru (v rajonu cukrovaru v Newarku). V současné době jsou všechny řepařské oblasti postiženy stejně. Mnoho odborníků je přesvědčeno o tom, že klimatické změny způsobí ve Velké Británii rychlejší šíření rizománie. Netypické vlhko v letech 2007 a 2008 šíření choroby skutečně zvýšilo. Bylo to však spojeno s nechutí některých pěstitelů vyměnit náchylné odrůdy, což mělo za následek sedminásobný vzestup rozšíření inokula v porovnání s odrůdami vůči rizománii rezistentními (Mark Stevens - Brooms Barn). Proto se předpokládá, že Velká Británie bude během následujících 3 let pěstovat výhradně odrůdy rezistentní vůči rizománii.
Epidemie rizománie 1987 – 2006
Obrázek 3. Nedávné epidemie rizománie ve východní Anglii (UK) Zdroj: Dr. Mark Stevens - Broom’s Barn (Rothamsted Research Center)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
5
RŮZNÉ PATOTYPY VIRU V Evropě existují tři patotypy viru BNYVV: A, B a P. Typ A je nejrozšířenější a vyskytuje se ve většině evropských zemí i v severní Americe, Japonsku a Číně. Typ B je také běžný ve Francii, Německu a Velké Británii. Typ P je dosud v Evropě rozšířen nejméně: byl teprve nedávno zjištěn v oblasti Pithiviers ve Francii (jižně od Paříže) a na jednom místě oblasti východní Anglie ve Velké Británii. Vyskytuje se však v Číně a Japonsku a nalezli jej v Kazachstánu. O typu P se v současné době hodně hovoří, protože se ukazuje, že ve vektoru se přenáší největší koncentrace viru (Büttner et al., 2004). Systematický transport viru v rostlině je v případě tohoto patotypu rovněž častější, což zároveň vyvolává výraznější listové příznaky.
A typ B typ P typ J typ
Obrázek 4. Rozšíření různých patotypů viru rizománie (BNYVV) (upraveno podle: Pferdmenges & Varrelmann, 2008)
EPIDEMIOLOGIE
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
CYKLUS Vektor viru, Polymyxa betae, je protista žijící v půdě a parazitující na kořenech. V půdě přežívá ve formě sporosor, značného množství velmi rezistentních spících spor. Pokud nejsou příznivé podmínky, komplex Polymyxa betae / BNYVV si v půdě může udržet svůj infekční potenciál ve spícím stadiu po několik desetiletí. Když teplota půdy dosáhne 15 až 25°C a má vysoký stupeň vlhkosti, spící spory vzklíčí a vytvoří primární zoospory. Ty jsou přitahovány sekrety z vlasových kořínků hostitelské rostliny; plavou vodou v půdě, poháněny svým bičíkem. Když zoospory dosáhnou vnějšího povrchu vlasových kořínků, přichytí se na ně a vypustí svůj buněčný obsah do rostlinných buněk. Výsledkem je tvorba mnohojaderné cytoplasmatické hmoty („plasomodium“). Tímto způsobem se rovněž dostane do rostlinných buněk virus přítomný v zoosporách. V buňkách pak zahájí svůj vlastní rozmnožovací cyklus. 6
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
Po uplynutí inkubační doby se v rostlinných buňkách může plasmodium Polymyxa betae začít vyvíjet dvěma různými způsoby v závislosti na klimatických podmínkách: • Za nepříznivých podmínek (chladné, suché počasí) vytváří přežívající jednotky (cystospory). • Za příznivých podmínek (teplo a vlhko), poté, co projde zoosporangiálním stadiem, produkuje sekundární zoospory, které odcházejí a kolonizují nové hostitelské buňky. Vytvořené sporosory a zoospory opět obsahují virové částice. Masses of dormant spores
Zoospore 1 Encystment and penetration
Plasmodium Plasmodium Encystment and penetration
Zoosporangial Zoospore 2
Obrázek 5. Životní cyklus Polymyxa betae a viru rizománie (BNYVV) S laskavým svolením Dr. Marka Stevense - Broom’s Barn (Rothamsted Research Center) DISPERZNÍ A RŮSTOVÉ FAKTORY Spory Polymyxa betae se mohou šířit vodou (dešťovou, odvodňovací, zavlažovací5, atd.) a půdou (zemědělské zařízení a přeprava cukrové řepy, brambor, krmné řepy apod.) (Hleibieh et al., 2007). Větší využívání mechanizace a firem zajišťujících polní práce smluvně na větším počtu farem poskytuje značnou příležitost k mechanickému šíření spor. K faktorům životního prostředí, které přispívají k rozvoji choroby, patří ty, které podporují šíření jejího vektoru v půdě: • výskyt hostitelské rostliny • vysoké teploty a vydatné dešťové srážky (teplé, vlhké jaro) Pro šíření Polymyxa betae je rovněž příznivé neutrální až alkalické pH půdy. Růst cen hnojiv způsobuje větší používání kompostovaného zeleného odpadu, který má často velmi vysoké pH. Častější aplikace na málo úrodných půdách proto může infekci zvýšit. HOSTITELÉ Komplex Polymyxa betae/BNYVV se množí hlavně v rostlinách patřících do čeledi merlíkovité (cukrová řepa, merlík, špenát) a laskavcovité. [5] V současné době je u rhizomanie určujícím faktorem šíření stále zavlažování.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
7
SYMPTOMY
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
NA LISTECH Symptomy rizománie se objevují v ohniscích na malých částech polí, homogenní jsou jen v případě závažných epidemií (pozdní setí v kombinaci s teplým vlhkým jarem). Ohniska nemocných rostlin jsou často patrná pouhým okem: • • • •
V červnu a později: vadnutí listů, zejména v nejteplejší části dne (a). Nejčastěji na konci léta: listy mají charakteristickou bledě zelenou barvu (b). Čepele nově vytvářených listů jsou úzké; řapíky listů jsou dlouhé a vzpřímené (c). Ve vzácných případech dochází ke žloutnutí a nekróze listových žilek (d: nástup symptomů; e: generalizované symptomy, příznak velmi závažné infekce). Jedná se o symptom, který dal jméno viru (žluté nekrotické žilkovitosti řepy) odpovědnému za rizománii, přestože je to v praxi pouze velmi vzácně pozorovaný příznak. Ve skutečnosti se virus množí většinou v kořenech. Ačkoliv může dojít k systémové infekci, virus do listů nemigruje často. • V některých případech dochází ke zvrásňování listů.
a)
b)
c)
d)
e)
Obrázek 6. Typické příznaky rizománie na listech cukrové řepy. Zdroj a a c: ITB
8
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
V KOŘENECH Kořenové symptomy se typicky objevují až na konci růstu: • Vytváření prstenců ve spodní část kořene (a). • Anarchický vývoj hustého temného kořenového vlášení (b). Kořínky postupně usychají a mění barvu z bílé na hnědou. Stále se tvoří nové bílé kořínky. To je známé pod názvem „vousy pepř a sůl“. • Cévní prstence uvnitř kořene hnědnou a odumírají (c). • Předchozí je někdy doprovázeno tvorbou kolmých laterálních kořenů. Choroba omezuje schopnost rostliny přijímat vodu a živiny (N, K, Mn, Mg, B, atd.).
a)
b)
c)
Obrázek 7. Typické symptomy rizománie na listech cukrové řepy
DIAGNÓZA
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
IRBAB/KBIVB6 (BetaConsult) v Belgii, IRS7 (BetaKwik) v Nizozemí a ITB ve Francii společně vyvinuly pro pěstitele rozhodovací pomůcky, které zejména obsahují nástroj pro identifikaci škůdců a chorob: • IRBAB /KBIVB http://www.irbab-kbivb.be/fr/actuality/beta_consult/ • IRS: http://www.irs.nl/overzicht.asp?sOnderdeel=betakwik • ITB. http://unkraut.rheinmedia.de/cgi-bin/unkraut_ausgabe.cgi?partner=itb&sprache=itb_fr Symptomy rizománie se identifikují relativně snadno. První příznaky se obvykle objevují na listech. Analýza kořenů pak diagnózu potvrdí nebo vyvrátí. Může však dojít k určitému zmatení: • Vadnutí listů je výsledkem nedostatečného příjmu vody. Tento příznak může mít řadu příčin (nemoci, poškození škůdci, špatné zásobování vodou v písčitých půdách, háďátka atd.) a nemusí nutně souviset s rizománií. • Blednutí / žloutnutí listů může být někdy způsobeno nedostatkem dusíku. V určitých případech může dojít k záměně se symptomy vyvolanými viry působícími žloutnutí, přenášenými mšicemi. V tomto případě je však onemocnění doprovázeno ukládáním škrobu v tkáních listů; listy jsou pak těžké, tvrdé a křehké. • Proliferace kořenového vlášení způsobená těžkou epidemií háďátek se dost podobá proliferaci pozorované u rizománie. Přítomnost nebo nepřítomnost bílých cyst charakteristických pro háďátka však umožňuje rozlišit tato dvě onemocnění dosti rychle. • Výskyt kolmých laterálních kořenů může být také způsoben špatnou strukturou půdy nebo napadením půdní houbou Aphanomyces cochlioides. V případě přetrvávajících pochybností je možné provést laboratorní detekční testy (ELISA nebo PCR). Ty však jsou dost drahé. Vzhledem k tomu, že rizománie je v Evropě endemická, většina pěstitelů přijímá bezpečnostní opatření a vyskytne-li se podezření na infekci rizománie, automaticky vysévá odrůdu vůči tomuto onemocnění rezistentní.
[6] IRBAB, Institut Royal Belge pour l’Amélioration de la Betterave; KBIVB, Koninlijk Belgisch Instituut tot Verbetering van de Biet. [7] IRS, Instituut voor Rationele Suikerproductie.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
9
DETEKCE VIRU V LABORATOŘI K detekci výskytu viru BNYVV v koříncích rostlin cukrové řepy se mohou použít dva typy testů. První je založen na rozpoznání viru protilátkou (ELISA test). Druhý používá amplifikace RNA viru (PCR). ELISA test ELISA je zkratka názvu Enzyme-Linked Immunosorbent Assay (enzymová imunoanalýza s enzymem vázaným na imunosorbent). Existuje několik podob testu ELISA. K detekci BNYVV se používá typ DAS (Double Antibody Sandwich, dvojitý protilátkový sendvič). Provádí se v 5 hlavních krocích: 1. 2.
Připraví se titrační destička s malými jamkami. Na destičku se aplikuje roztok protilátek specifických pro virus BNYVV; protilátky se elektrostatickou přitažlivostí naváží na povrch destičky.
Obrázek 8. Jamky titrační destičky pro test ELISA se naplní pomocí multipipety 3. Každý vzorek (obvykle kořenový extrakt) se aplikuje do jamky na titrační destičce; je-li přítomen antigen (to znamená virus BNYVV), naváže se na protilátku a zůstane zachycen na destičce. 4. Na destičku se přidá druhá vrstva protilátek navázaných na enzym; jestliže byl virus v jedné z jamek zachycen, na tuto protilátku se také naváže. V důsledku toho se enzym v jamce nachází jen tehdy, jestliže je tam zachycen i virus BNYVV. 5. K destičce se přidá substrát; při kontaktu s enzymem se transformuje a emituje signál viditelný pouhým okem nebo spektrofotometricky, což znamená, že virus je v jamce, a tudíž i v analyzovaném vzorku přítomen.
[8] Protilátka: protein používaný imunitním systémem ke kontrole patogenních látek (bakterií, virů apod.). Antigen: Molekula, kterou organismus považuje za cizí. Každá protilátka je specifická proti nějakému antigenu: k imunitní odpovědi (tj. rozeznání a neutralizaci antigenu protilátkou) dojde jen tehdy, jestliže správná protilátka nalezne antigen, pro který je určena.
10
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
1
2
Antibody+enzyme
3
Antibody
4
Antigen (virus)
5
Substrate
Obrázek 9. Pět hlavních fází testu ELISA, typ DAS (Double Antibody Sandwich, dvojitý protilátkový sendvič) PCR test PCR znamená Polymerase Chain Reaction (polymerázová řetězová reakce). Jedná se o molekulárně biologickou metodu používanou k mnohonásobnému kopírování známé sekvence DNA (tj. genu). Nejprve se musí extrahovat DNA vzorku – v tomto případě kořenů nebo listů analyzované rostliny. Otázka zní: Je v tomto extraktu přítomna DNA viru? Pak začíná polymerázová řetězová reakce.
2
1
4
3
5
Obrázek 10. Princip PCR (polymerázové řetězové reakce) Upraveno podle: Martin EK, Sveska Dagbladet
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
11
1 Ze vzorku kořenů nebo listů se extrahuje DNA rostliny. 2 Oddělí se řetězce DNA. 3 Přidají se syntetické iniciátory DNA, které se váží specificky na ten fragment DNA, který se má identifikovat (např. fragment DNA viru). 4 Přidá se enzym DNA polymerasa: sestaví úplnou kopii každého ze 2 řetězců DNA z iniciátorů. 5 Tento proces se mnohokrát opakuje a vytvoří se miliony kopií fragmentu DNA, který má být identifikován. Výsledkem této reakce je, že pokud byl virus původně v analyzovaném vzorku přítomen, jeho příslušná sekvence DNA se milionkrát až bilionkrát zkopíruje. To, zda došlo během PCR ke zkopírování sekvence DNA daného viru, se zjistí pomocí elektroforézy. Při ní se všechny molekuly DNA vytvořené při PCR vloží do gelu a nechají se migrovat elektrickým polem. Dojde k jejich oddělení podle velikosti: nejkratší molekuly dojdou dále než ty nejdelší. Srovnáním vzdálenosti, kterou putovala amplifikovaná DNA, se vzdáleností kontrolního fragmentu DNA viru lze snadno zjistit, zda se v původním vzorku virus vyskytoval či nikoliv. Poznámka: Virus způsobující rizománii sestává z RNA, a nikoliv z DNA. V tomto případě se před PCR musí provést retranskripce virové RNA na virovou DNA. Tato metoda je známa pod názvem polymerázová řetězová reakce s reverzní transkripcí (RT-PCR) (Meunier et al., 2003), ale základní podstata testu se nemění.
EKONOMICKÝ VÝZNAM
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Intenzita napadení chorobou závisí na citlivosti odrůdy cukrové řepy, množství inokula9 v půdě, typu BNYVV, klimatických podmínkách a době infekce. Může být závažná a způsobit velmi značné ekonomické škody (ITB, 2008): • • • • •
Snížení obsahu cukru: o 2 až 4 procentní body (např. z 16 % na 14/12 %). Ztráta výnosu: až 70 %. Zvýšené ulpívání hlíny (při vytažení ze země se na kořenovém vlášení zachytí mnoho půdy). Významné snížení extrahovatelnosti (zvýšený obsah Na a invertního cukru). Sedminásobný vzestup tvorby inokula v případě, že se nepoužijí odrůdy s rezistencí vůči rizománii.
[9] Počet jednotek vironosného Polymyxa betae na jednotku objemu půdy
12
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
BOJ S CHOROBOU
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Povolená chemická ochrana proti rizománii neexistuje. Jediným účinným a přístupným opatřením je používání osiva takových odrůd, které jsou vůči chorobě rezistentní. Tím se omezí šíření viru v rostlině a sníží se tak jeho infekční potenciál v půdě. Za posledních 20 let došlo k pozoruhodnému pokroku v genetice odrůd rezistentních vůči rizománii. Na zdravých polích jsou dnes odrůdy rezistentní vůči této chorobě stejně výkonné jako běžné odrůdy. Ve Francii, Nizozemsku a Belgii jsou tyto odrůdy rozšířené a konvenční odrůdy téměř vymizely
100
1
1
9
7
90
5
80
18 4
podíl na trhu (%)
70
neodolné 60 50
90
87
78
rizománie - rizoktónie rizománie - háďátko
40
rizománie 30 20 10 0
Francie
Belgie
Nizozemí
Obrázek 11. Segmentace trhu s osivem cukrové řepy v Belgii, Francii a Nizozemí v roce 2007 Kromě používání odrůd s rezistencí vůči rizománii se doporučuje řada agronomických opatření: • Zajištění nízké vlhkosti v půdě (dostatečný odvod, udržení nebo zlepšení struktury půdy, skrovné zavlažování omezené až na 70 % požadavků plodiny). • Zamezení přesunům půdy (sklizeň za sucha). • Časný výsev. Doporučuje se prodloužená rotace, která však bude mít na infekční potenciál půdy jen omezený vliv vzhledem ke schopnosti Polymyxa betae / BNYVV přežívat v půdě po celá desetiletí (Hleibieh et al., 2007).
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
13
ODRŮDY REZISTENTNÍ VŮČI RIZOMÁNII
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
CHRONOLOGIE ŠLECHTĚNÍ REZISTENCE První evropskou odrůdou rezistentní vůči rizománii byl Rizor, vyvinutý na počátku 80. let v Itálii De Biaggim, šlechtitelem rostlin v SES (Biancardi et al., 2002). Bez nadsázky lze říci, že SES v té době díky této odrůdě zachránila cukrovou řepu jako plodinu v nejhůře postižených oblastech Evropy (např. v Alsasku, ve Francii jižně od Paříže a v italském údolí Pádu). Rezistence Rizoru, obchodně využitá šlechtitelem SES De Biaggim, pochází ze známých italských genotypů Alba, které byly rezistentní vůči cerkosporióze cukrové řepy a o několik desetiletí později šlechtěné Muneratim. Tento zdroj rezistence pravděpodobně původně pocházel z Beta maritima, divoké odrůdy řepy (Biancardi et al., 2002). Tato rezistence byla kontrolována jediným genem a přinesla s sebou řadu nevýhod pro produkci cukru: snížený obsah cukru, nižší výnosy, špatnou odolnost vůči vybíhání apod. K zavedení této rezistence do elitní nerezistentní linie bylo použito postupné zpětné křížení. Při něm se nejprve zkříží nerezistentní elitní linie a rezistentní divoký druh. Výsledek tohoto prvního křížení (F1) se pak znovu zkříží s elitním rodičem: to je známo jako zpětné křížení. Tento krok se mnohokrát opakuje. Po každém zpětném zkřížení se vyberou rostliny, které mají co nejvíce vlastností jako elitní rodič a jsou zároveň rezistentní vůči rizománii (ke sledování genu odpovědného za rezistenci se používají molekulární metody; je to známo jako markery asistovaná selekce). Po určitém počtu zpětných křížení se získají rostliny, které jsou rezistentní vůči rizománii a mají vlastnosti elitního rodiče.
Aelite
Back cross No. 2
Aelite
x ...
Aelite
x
x
F1
Bsauvage
F2
F2
F2
F2
F2
F2
FX Rizománia resistant xxxxxxxxxxxxxxxxx
Obrázek 12. Rezistence vůči rizománii zjištěná u divoké řepy byla vložena do našich odrůd cukrové řepy pomocí postupného zpětného křížení 14
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
SELEKCE ODRŮDY CUKROVÉ ŘEPY Selekce odrůd cukrovky je dlouhým a extrémně složitým procesem. Cukrovka je dvouletá rostlina, která vyžaduje chladné období, tzv. jarovizaci, aby přešla z vegetativního růstu (během něhož se vyvíjí kořen) do růstu reprodukčního (vybíhání, kvetení, oplodnění a tvorba semen). V porovnání s obilovinami je proto období mezi dvěma růsty samozřejmě delší a plán selekce se významně prodlouží. Přestože jsou úspěšné metody šlechtění a selekce SESVanderHave dobře střeženým tajemstvím, podstata metody je následující. Osivo cukrovky, dodávané na trh, je výsledkem trojcestné hybridizace. To znamená, že cukrovka vysetá na vašich polích je ve skutečnosti výsledkem syntézy 3 různých čistých linií genotypů: 1) Sterilní samčí (SM), též nazývaný „samičí“ 2) Typ O (TO), též nazývaný „udržovatel sterility“ 3) Opylovač (pollinator, Po), též nazývaný „samčí rodič“ Osivo cukrovky, dodávané na trh, je výsledkem křížení mezi SMF1 (rodič pocházející ze spojení sterilní samčí a typ O) a Po (rodič): proto se jedná o “trojcestný” hybrid. SMF1 se v oblasti produkce osiva nazývá „nositel semene“. Aby bylo jisté, že SMF1 po zkřížení s Po vyprodukuje dobré množství osiva, musí být rovněž hybridem. Všechny čisté linie ve skutečnosti trpí různým stupněm deprese související s fenoménem příbuzenského křížení. U cukrové řepy se to projevuje snížením kapacity vyprodukovat dobré množství osiva na jednu rostlinu. To je důvod, proč SMF1 sám o sobě je spíše výsledkem křížení mezi SM a typem O než čistou linií.
SM
x
Monogerm
typ O Monogerm
SMF1
x
Po
Monogerm
Multigerm Hybrid
Obrázek 13. Osivo cukrovky je trojcestným hybridem Jednoklíčkový charakter hybridního semene byl přenesen samičím rodičem (SM). Samčí rodič je víceklíčkový. Sterilní samčí charakter samičího rodiče (SM) souvisí s fenoménem cytoplasmatické sterility. Tento charakter je důležitý. Ve skutečnosti má rostlina cukrové řepy samčí i samičí pohlavní orgány. Ačkoliv samooplodnění není pravděpodobné, je nezbytné minimalizovat jeho možnost. Fakt, že odrůdy cukrovky jsou hybridy, umožňuje kombinovat žádoucí vlastnosti, které se vyskytovaly původně jen u jednoho rodiče. Hybridy navíc mají výjimečný charakter: tyto vlastnosti jsou u nich mnohem výraznější než u jejich rodičů. Jedná se o fenomén známý jako životaschopnost hybridu nebo také v žargonu šlechtitelů „heteróza“. Genetické vlastnosti semene jsou proto určovány výběrem aktivních účastníků této trojcestné hybridizace. Práce šlechtitelů rostlin proto sestává zejména z výběru správné kombinace Po, SM a typu O, ze kterých pak vzniká odrůda dodaná na trh. V současné době se již většina odrůd rezistentních vůči rizománii neprodukuje z rezistence Rizoru, ale z genu rezistence Holly. Přestože byl Holly poprvé zjištěn šlechtitelem Erichsenem v genotypech testovaných v USA, je nicméně italského původu. Někteří vědci si myslí, že podobně jako gen Rizor může pocházet z Beta Maritima (Biancardi et al., 2002). Fakt, že na jedné straně je jejich způsob účinku podobný – omezené množení a pohyb viru v rostlině, a na druhé straně to, že byly zmapovány do stejného chromosomálního fragmentu, by mohl tuto hypotézu podporovat. Ovšem ve skutečnosti zůstává genealogie genu Holly do určité míry zahalena tajemstvím.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .
Rizománie
15
ZACHÁZENÍ S GENY REZISTENCE VŮČI RIZOMÁNII V současné je hlavním zdrojem rezistence vůči rizománii jediný a jedinečný dominantní gen. Zatímco tento fakt výrazně usnadňuje práci šlechtitelům, vyvolává na druhé straně obavy, že jednoho dne jej překonají nové kmeny viru. Tento fenomén byl při několika příležitostech v nedávné době odhalen (Richard-Molard, 2002). Za několik vážných epidemií pozorovaných v nedávné době v oblasti středního Španělska (La Mancha) a v Kalifornii, na jihu Minnesoty a v Idahu (Spojené státy) (Pferdmenges & Varrelmann, 2008) jsou odpovědné určité „izoláty“ patřící k patotypu A. Tento typ epidemie je způsoben jak výskytem velmi agresivních izolátů v rámci patotypu A, přičemž tyto izoláty vytvářejí následné genetické mutace, tak i v menší míře vysokou koncentrací inokula v půdě. Tyto oblasti mají často obzvláště oblíbené klimatické (teplo a vlhkost ze zavlažování) a agronomické podmínky (velmi krátké střídání plodin, nízkonákladové hospodaření). V boji s tímto rizikem jsou ve Spojených státech používány nové odrůdy společnosti SESVanderHave, rezistentní vůči rizománii. Jsou založeny na koncepci tandemové technologie (Tandem Technology®): hybrid má rezistenci, která spojuje gen Holly s jiným zdrojem rezistence z Beta maritima, jejímž je SESVanderHave jediným vlastníkem (Meulemans et al., 2003). Tandemová technologie produkuje vynikající výsledky i za extrémně silného zamoření rizománií.
standardní tolerance
Obrázek 14. Tandemová koncepce umožní získat lepší výsledky za extrémního zamoření rizománií. V Evropě dosud není nutná, používá se již v některých oblastech USA Ve Francii, a to v oblasti na jih od Paříže a v Aisne, byly v minulých letech lokálně pozorovány akutní epidemie rizománie. Oblast jižně od Paříže je ve skutečnosti jedním z mála regionů v Evropě, kde se nachází patotyp P viru rizománie, což je obzvláště agresivní patotyp vzhledem ke své větší schopnosti pohybovat se v rostlině („větší systémový účinek“). Až donedávna byly tyto oblasti, extrémně napadané rizománií, omezeny na několik ohnisek na řadě polí v dané oblasti a z roku na rok se nerozrůstaly. Během kampaně v roce 2008 však byly poprvé pozorovány větší nepříjemnosti: napadené oblasti se významně zvětšily, přičemž v některých případech pokryly téměř všechny pozemky patřící většímu počtu vlastníků, a někdy to mělo drastické důsledky pro výnosy. K intenzivnímu pomnožení viru a jeho vektoru v této oblasti pravděpodobně vedla kombinace dvouleté až tříleté rotace plodin a společného zavlažování. „Pokaždé, když má virus příležitost se množit, má příležitost vytvořit nový izolát, který může mít schopnost překonat rezistenci odrůdy.“ (Prof. C. Bragard z Université Catholique de Louvain). Zdá se, že tento scénář se v některých oblastech uskutečnil, takže bychom měli zůstat ostražití. Tím, že se nejednalo, podmínky pozdního výsevu v roce 2008 pravděpodobně znásobily škody způsobené daným onemocněním. Použití nových genetických řešení k boji s rizománií se tak v této oblasti stalo nezbytností. Výzvou, kterou je společnost SESVanderHave, průkopník a vedoucí síla na poli rizománie, připravena přijmout. 16
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
PŮVOD TYPU P VIRU RIZOMÁNIE: MORUŠOVÉ STROMY Z ČÍNY? Patotyp P viru rizománie je obzvláště agresivní. Je to velmi aktuální téma, protože tento patotyp je odpovědný za několik vážných epidemií rizománie v oblasti Pithiviers (Francie, jižně od Paříže). S výjimkou oblasti Pithiviers ve Francii a několika míst v okolí Norwiche ve Velké Británii se tento patotyp jinde v Evropě nevyskytuje. Byl však zjištěn v Japonsku, Číně a Kazachstánu a opravdu se zdá, že je asijského původu. Pro vysvětlení zajímavého výskytu tohoto patotypu v Pithiviers byly předloženy četné hypotézy. Nejpravděpodobnější z nich je to, že virus tam přicestoval s morušovými stromy, které byly pravděpodobně dovezeny z Asie v 9. století kvůli chovu housenek bource morušového. V roce 1837 bylo skutečně několik těchto moruší pěstováno v oblasti Monberneaume ve vesnici Yèvre-la-Ville, kde stojí dodnes.
Obrázek 15. Moruše z Yèvre-la-Ville mohou být odpovědné za výskyt patotypu P viru rizománie v Pithiviers
NA PŘEDNÍ POZICI: ODRŮDY SESVANDERHAVE V Belgii, Francii a Nizozemsku oficiální testy opět prokázaly, že SESVanderHave je vedoucí společností v oblasti odrůd tolerantních vůči rizománii. Odrůdy Python a Coyote jsou skutečně nejprodávanějšími na trhu s nejlepší finanční návratností ve Francii a Nizozemsku (oficiální testování z roku 2007).
Tabulka 1. Odrůdy schválené proti rizománii v Nizozemsku: oficiální testy IRS (průměr 2004 – 2007) Ulpívání zeminy
Extrahovatelnost
Obsah cukru
Výnos. potenciál
Finanční návratnost
kořene Coyote
102
100
100
102
103
Konkurence
104
100
105
94
100
Konkurence
98
99
101
100
100
Zanzibar
100
100
98
102
100
Konkurence
96
100
102
97
100
Konkurence
98
100
98
102
99
Konkurence
99
100
97
103
99
Radial
103
100
99
101
99
Koala
92
100
100
101
101
Konkurence
88
100
99
102
101
Konkurence
90
100
98
104
101
Konkurence
110
100
105
93
99
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
17
Tabulka 2. Odrůdy schválené proti rizománii v Belgii: oficiální testy IRBAB (průměr 2005 – 2007) Ulpívání zeminy
Extrahovatelnost
Obsah cukru
Výnos. potenciál
Finanční návratnost
kořene Konkurence
104
100
99
104
102,6
Coyote
103
100
99
103
102,3
Zanzibar
106
100
97
106
102,0
Konkurence
103
100
98
103
101,3
Konkurence
104
100
98
104
101,1
Koala
103
100
99
103
100,8
Konkurence
102
100
99
102
100,3
Canyon
105
100
96
105
100,2
Konkurence
104
101
105
94
100,2
Konkurence
98
100
97
104
99,9
Konkurence
97
100
99
100
98,7
Konkurence
88
99
99
99
97,5
Konkurence
104
100
100
98
97,3
Konkurence
105
100
103
93
96,7
Konkurence
91
100
101
95
96,5
Konkurence
93
99
100
96
96,5
Tabulka 3. Odrůdy schválené proti rizománii ve Francii: testy ITB/SAS (průměr 2005 – 2007). Průmyslová kvalita
Obsah cukru
Výnos. potenciál
Hmotnost
kořene Python
101,5
99,9
104,7
104,7
Zanzibar
103,8
98,7
106,1
104,4
Konkurence
99,3
100,5
103,1
103,9
Konkurence
103,4
99,2
104,8
103,6
Konkurence
101,4
99,2
104,4
103,4
Leopard
101,9
100,5
101,8
102,5
Konkurence
102,7
100,3
101,9
102,3
Konkurence
103,8
99,3
102,5
101,8
Konkurence
100,6
100,3
101,2
101,7
Konkurence
97,6
101,9
99,3
101,7
Konkurence
101,0
100,4
101,0
101,5
Konkurence
97,5
99,9
101,4
101,3
Konkurence
99,1
100,9
99,9
101,1
Konkurence
100,1
100,1
101,0
101,1
Konkurence
101,6
99,8
101,0
100,9
Konkurence
103,5
98,5
101,1
99,0
Konkurence
104,6
99,9
99,1
99,0
Konkurence
100,2
101,4
96,4
98,2
Konkurence
100,4
99,9
98,1
98,1
Konkurence
101,8
101,6
95,9
97,6
18
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
LITERATURA
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
• Agrios, G. N. 1997. Plant pathology, 4th Ed. Academic Press. pp. 616. • Biancardi, E., Lewellen, R., De Biaggi, M., Erichsen, A.W., Piergiorgio, S., 2002. The origin of rizománia resistance in sugar beet. Euphytica, 127:383-397. • Büttner, G., Büchse, A., Holtschulte, B., Märlander, B., 2004. Pathogenicity of different forms of Beet necrotic yellow vein virus (BNYVV) on sugar beet – is there evidence for the development of pathotypes? In: Proceedings of the 67th IIRB Congress, February 2004, Brussels (B). • Duquenne, 2002. Les scientifiques traquent le virus P. Le Betteravier, 794 : pp 17. • Hleibieh, K., Peltier, C., Klein, E., Schirmer, A., Schmidlin, L., Covelli, L., Ratti, C., Legrève, A., Bragard, C., Gilmer, D., 2007. Etiologie de la rizománie de la betterave sucrière. Virologie, 11 (6) : 409-421. • Rizománie. Le Betteravier, pp 8-9. • IRBAB, 2004. Explosion de la rizománie en 2004 : plus de 50% des champs contaminés ? Le Betteravier, pp 7-9. • IRS, 1993. Rizománie : herkennen en erkennen. pp. 4. • ITB, 2007. Guide de la culture de la betterave industrielle 2007/2008. pp. 62. • ITB, 2008. Diagnostic d’automne des betteraves malades; La Technique Betteravière, n°899, pp. 4. • Meunier, A., Schmit, J.F., Stas, A., Kutluk, N., Bragard, C., 2003. Multiplex reverse transcription-PCR for simultaneous detection of Beet necrotic yellow vein virus, Beet soilborne virus, and Beet virus Q and their vector Polymyxa betae Deskin on sugar beet. Applied and Environmental Microbiology 69, 2356-2360. • Meulemans, M., Janssens, L., Horemans, S., 2003. Interactions between major genes, and influence of the genetic background in the expression of rizománia resistance. In: Proceedings of the 1st joint IIRB-ASSBT Congress, 26th Feb.-1st March 2003, San Antonio (USA). • Pferdmenges, F., Varrelmann, M., 2008. Rizománia: can resistance breaking be explained by viral mutation or increased inoculum concentration in soil? In: Proceedings of the 71th IIRB Congress, February 2008, Brussels (B.) • Richard-Molard, M., 2002. Rizománie: interactions variétés x lieux et consequences. In: Proceedings of the 65th IIRB Congress, February 2002, Brussels (B). pp. 239-245. • Sugar Beet. Edited by A. P. Draycott. Oxford: Blackwell Publishing (2006), pp. 474.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rizománie
19
RIZOMÁNIE
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Rizománie je jednou z nejčastějších chorob cukrovky. Vyvolává ji virus žluté nekrotické žilkovitosti řepy, který se přenáší na cukrovku prostřednictvím kořenového parazita (Polymyxa betae). Způsobuje zejména anarchickou proliferaci kořenového vlášení ke škodě hlavního kořene, což může mít za následek velké ztráty výnosu cukru. Choroba byla poprvé pozorována v 50. letech 20. století na severu Itálie. Rychle se rozšířila po celé Evropě a do zbytku světa. Závažnost škod a absence prostředků ochrany vyvolávala obavy, že v určitém bodě se možná cukrovka bude muset v nejhůře postižených oblastech přestat pěstovat. Na počátku 80. let 20. století na trh přišla první odrůda rezistentní vůči rizománii. Odrůda Rizor, vyvinutá společností SES, zachránila cukrovku v postižených oblastech. V roce 2008 odrůdy tolerantní vůči rizománii dostihly ve výnosnosti cukru na hektar odrůdy netolerantní, což mělo za následek, že se v mnoha zemích začaly vysévat pouze odrůdy tolerantní vůči rizománii. Rizománie se v současné době vyskytuje všude na světě. V Evropě jsou touto chorobou postiženy téměř všechny oblasti pěstující cukrovou řepu, včetně Skandinávie. V Británii je rizománie endemická, ale používání rezistentních odrůd se stále rozšiřuje. Na řepných polích se často v ohniscích objevují symptomy rizománie: 1. Na listech: • v červnu a později: vadnutí listů, zejména v nejteplejších hodinách dne, • ke konci léta: bledě zelená barva listů, • čepele nově vytvářených listů jsou úzké; řapíky listů jsou dlouhé a vzpřímené 2. Na kořenech (na konci období růstu): • vytváření prstenců v dolní části kořene, • vývoj hustého temného kořenového vlášení na úkor hlavního kořene, • cévní prstence uvnitř kořene hnědnou a umírají, • někdy doprovázeno tvorbou kolmých laterálních kořenů. Napadení chorobou závisí na citlivosti odrůdy cukrové řepy, množství inokula v půdě, typu viru, klimatických podmínkách (chorobu podporuje teplé vlhké podnebí) a době infekce. Může způsobit extrémní škody: snížení obsahu cukru, ztrátu výnosu, zvýšené ulpívání zeminy a snížení extrahovatelnosti. Chemická ochrana proti rizománii v současnosti neexistuje. Jediným účinným způsobem je používání osiv takových odrůd, které jsou vůči chorobě rezistentní. Doporučují se rovněž agronomická opatření: dostatečné odvodnění, udržování dobré struktury půdy, mírné zavlažování, maximální možné zamezení přesunů půdy apod. Oficiální testování v Evropě znovu prokázalo, že v oblasti rezistence vůči rizománii je společnost SESVanderHave v čele sektoru: potvrdilo, že naše odrůdy stojí za jednou z nejvyšších finančních návratností v tomto sektoru.
CZ SESVANDERHAVE©2010 www.sesvanderhave.com
