Sažetak

Bakterijska pjegavost, uzrokovana članovima roda Xanthomonas, jedna je od najznačajnijih bolesti paprike (Capsicum annuum) u svijetu. Bolest je posebno destruktivna u toplim i vlažnim regijama, gdje uvjeti pogoduju brzom razvoju i širenju patogena. Simptomi započinju kao male vodene lezije koje potamne i postanu okružene klorotičnim oreolom, a kod teških infekcija dovode do defolijacije i značajnih gubitaka prinosa. Patogeni (Xanthomonas euvesicatoria pv. euvesicatoria i X. vesicatoria) pokazuju visoku genetsku heterogenost, sve širi krug domaćina i složene mehanizme patogenosti. Širenje se odvija putem sjemena, zraka, vode, kukaca i ljudske aktivnosti, što određuje široku biogeografiju bolesti. Dijagnostika uključuje tradicionalne i moderne metode, a upravljanje uključuje proizvode na bazi bakra, biološku kontrolu i odabir otpornih sorti. Unatoč napretku, bakterijska pjegavost ostaje ozbiljan izazov za uzgajivače, zahtijevajući integrirane pristupe za rano otkrivanje i održivo upravljanje.

leaf

Paprika (Capsicum annuum) jedna je od vodećih povrtnih kultura u svijetu, s visokim gospodarskim i prehrambenim značajem. Njezina proizvodnja često je ograničena bakterijskim bolestima, među kojima je bakterijska pjegavost, uzrokovana članovima roda Xanthomonas (Osdaghi et al., 2021). Bolest je posebno destruktivna u regijama s toplom i vlažnom klimom, gdje uvjeti pogoduju brzom razvoju i širenju patogena (Potnis et al., 2015).

Taksonomija uzročnika prošla je brojne promjene – od početnog opisa kao Bacterium vesicatorium do moderne klasifikacije, uključujući X. euvesicatoria pv. euvesicatoria, X. euvesicatoria pv. perforans, X. hortorum pv. gardneri i X. vesicatoria (Osdaghi et al., 2021).

Primarni domaćin je Capsicum annuum, ali su pojave također opisane i na drugim vrstama poput C. frutescens, C. chinense i C. pubescens. Različite rase patogena pokazuju specifičnost – neki sojevi inficiraju samo rajčicu, drugi samo papriku, a treći oba domaćina (Kebede et al., 2014).

Članovi roda Xanthomonas tipične su fitopatogene bakterije, široko rasprostranjene u različitim klimatskim regijama diljem svijeta. Uzrokuju bolesti s različitim simptomima, uključujući nekrozu, venuće, pjegavost, traheobakteriozu i parenhimsku oštećenja na listovima, stabljikama i plodovima. Krug domaćina ovih bakterija obuhvaća 268 dikotiledonih i 124 monokotiledone biljne vrste, uključujući poljoprivredne i ukrasne kulture, šumske vrste i korove. Značajni gospodarski gubici uočeni su kod bolesti rajčice, paprike, graha, soje, riže, pšenice, pamuka i drugih kultura (Scortichini, 1995).

Središnje mjesto u patogenosti Xanthomonas zauzima sustav sekrecije tipa III (T3SS) – ključni molekularni mehanizam putem kojeg bakterije izravno isporučuju efektorske proteine u citoplazmu biljnih stanica. Ti efektori manipuliraju staničnim procesima domaćina, potiskuju imunološke odgovore i stvaraju povoljno okruženje za razvoj infekcije. T3SS kodiran je kromosomskim hrp (hipersenzitivni odgovor i patogenost) genskim klasterom od 28 kb, organiziranim u šest lokusa. Mutacije u hrp genima dovode do gubitka patogenosti kod osjetljivih biljaka i izostanka hipersenzitivnog odgovora (HR) kod otpornih biljaka, što naglašava temeljnu ulogu ovog sustava u interakcijama biljka-patogen (Liu et al., 2005).

Dijagnostika tradicionalno uključuje vizualno promatranje, izolaciju i PCR analize. Moderne metode poput hiperspektralne spektroskopije i prediktivnog modeliranja omogućuju rano otkrivanje infekcije prije pojave vidljivih simptoma (Reis Pereira et al., 2023), što je posebno vrijedno kod paprike, gdje je vizualna dijagnostika često otežana sličnim simptomima uzrokovanim drugim čimbenicima stresa.

Upravljanje bolešću tradicionalno se oslanja na proizvode na bazi bakra i antibiotike, ali otpornost na njih već je široko rasprostranjena. Novi pristupi uključuju biološku kontrolu (bakteriofage, antagonističke mikroorganizme), induktore sistemske otpornosti i odabir otpornih sorti. Biogeografija fitopatogenih bakterija ključni je element njihove ekologije, pri čemu mnoge vrste karakterizira ograničena rasprostranjenost određena klimatskim uvjetima, dostupnošću odgovarajućih domaćina i specifičnim ekološkim nišama. Nasuprot tome, uzročnici bakterijske pjegavosti pokazuju iznimno široku zemljopisnu rasprostranjenost. Prisutni su u različitim dijelovima svijeta, ali se najčešće nalaze u tropskim i suptropskim regijama, gdje visoka vlažnost i temperature stvaraju optimalne uvjete za njihov razvoj i širenje. Jedan od glavnih čimbenika koji pridonosi njihovom globalnom širenju je kretanje zaraženog sjemena, što omogućuje patogenu da se prenese na velike udaljenosti i unese u nova proizvodna područja (Kebede et al., 2014).

Bakterije preživljavaju epifitski na površini biljke i mogu se prenositi na znatne udaljenosti putem kišnih kapi, vjetra ili kombinacije oba čimbenika (Vidaver i Lambrecht, 2004). Epifitske populacije, uključujući one iz latentnih infekcija, predstavljaju važan rezervoar inokuluma koji, pod povoljnim uvjetima, može dovesti do brzog i masovnog razvoja bolesti.

Bakterijska pjegavost paprike ostaje ozbiljan izazov za uzgajivače, a moderne molekularne i spektralne tehnologije otvaraju nove perspektive za ranu dijagnostiku i održivo upravljanje bolešću.

Materijali i metode

Istraživanje bakterijske pjegavosti paprike tradicionalno se oslanja na višefazne eksperimentalne pristupe koji kombiniraju prikupljanje i karakterizaciju patogenih izolata, molekularnu identifikaciju i fenotipsku procjenu otpornosti različitih genotipova Capsicum annuum.

U praksi se koriste i bugarske i introducirane sorte i linije, zajedno s referentnim i novoisoliranim sojevima Xanthomonas vesicatoria i X. euvesicatoria. Inokulacije se provode pod kontroliranim uvjetima u klimatskim komorama ili staklenicima, što omogućuje pouzdanu procjenu patogenosti (Vasileva i Bogatzevska, 2021).

Kako bi se osigurala metodološka pouzdanost, koriste se kontrole, referentni sojevi i osjetljivi genotipovi, kao i interni PCR standardi u molekularnim analizama.

Rezultati

Patogeni roda Xanthomonas biotrofni su i nekrogeni organizmi – dvije karakteristike koje odražavaju različite faze njihove interakcije s biljkom domaćinom. Biotrofna faza povezana je s ranim bakterijskim razmnožavanjem prije pojave vidljivih simptoma, kada patogen koristi žive biljne stanice kao izvor hranjivih tvari. Nekrogena faza nastupa kasnije i karakterizirana je indukcijom stanične smrti i nekroze, što dovodi do tipičnih simptoma bolesti. Ova dvofazna strategija podržana je bogatim arsenalom čimbenika patogenosti i virulencije koji omogućuju bakterijama da prevladaju obrambene mehanizme biljke, izbjegnu prepoznavanje od strane imunološkog sustava, osiguraju pristup hranjivim tvarima i povećaju svoj reproduktivni uspjeh (Abramovich i Martin, 2004).

Klimatski uvjeti u Bugarskoj tijekom razdoblja svibanj–rujan stvaraju iznimno povoljno okruženje za pojavu i razvoj bakterijske pjegavosti na paprici, uzrokovane s X. euvesicatoria i X. vesicatoria. Visoke temperature, koje se dosljedno održavaju u rasponu od 24–30°C, podudaraju se s optimumom za epifitski razvoj, razmnožavanje i infektivni potencijal bakterija. U tim uvjetima bakterije stvaraju velike populacije na površini lista, a tkiva mladih biljaka ostaju fiziološki ranjiva na prodor kroz puči i hidatode. Vrhunci oborina, u pojedinim godinama, dodatno pojačavaju rizik od epidemijskog razvoja, jer je prskanje kišom primarni mehanizam širenja inokuluma između biljaka.

Visoka atmosferska i površinska vlažnost nakon oborina stvara vodeni film na listovima, što olakšava prodor bakterija i dovodi do masovne infekcije, posebno tijekom lipnja–srpnja, kada se temperature i vlažnost podudaraju. U tim uvjetima početne vodene lezije brzo se razvijaju, potamne i postanu okružene klorotičnim oreolom, a s naknadnim oborinama opaža se sekundarna infekcija i spajanje lezija, što dovodi do defolijacije i prstenaste nekroze peteljki (Slika 1).

diseased

Slika 1. Simptomi bakterijske pjegavosti na listovima paprike

Razdoblja s većim oborinama tijekom aktivne vegetacijske sezone pokazuju izraženu tendenciju prema jačim epidemijama, dok sušnije sezone ograničavaju razvoj bolesti, ali ne sprječavaju pojavu lokalnih infekcija. Kombinacija visokih temperatura i razdoblja povećane vlažnosti određuje trajnu prisutnost bakterijske pjegavosti i stvara uvjete za godišnje epidemijske vrhunce kod osjetljivih sorti, posebno kada se koristi zaraženi sjemenski materijal ili su prisutne epifitske populacije iz prethodnih godina.

Osim prirodnih čimbenika, širenje patogena može se odvijati i ljudskom aktivnošću. Poljoprivredni radnici, strojevi i alat koji se koriste u uzgoju usjeva mogu poslužiti kao mehanički vektori. Voda za navodnjavanje, posebno kod prekomjernog zalijevanja, jedan je od najučinkovitijih putova prijenosa bakterija s biljke na biljku. Kukci također mogu djelovati kao vektori, pomažući širenju patogena i čak selektivno eliminirajući konkurentske mikroorganizme u biljnom mikrookruženju. Samonikle biljke i korovi dodatno kompliciraju epidemiologiju bolesti služeći kao alternativni domaćini i rezervoari infekcije.

Sjeme predstavlja jedan od najvažnijih putova širenja fitopatogenih bakterija. Osim kretanja kroz vegetativne organe biljke, patogeni također prodiru u plodove i sjeme, što dovodi do vanjske ili unutarnje kontaminacije sjemenskog materijala. Kontaminirano sjeme posebno je značajan izvor inokuluma u objektima za proizvodnju presadnica, gdje visoka temperatura i vlažnost stvaraju idealne uvjete za brz razvoj i širenje bolesti. U takvim okruženjima čak i minimalna količina patogena može dovesti do masovne infekcije.

Zrak je još jedan važan čimbenik prijenosa fitopatogenih bakterija. Sadrži čestice tla i fragmente suhih biljnih ostataka na kojima se mogu nalaziti žive bakterije. Mnoge fitopatogene vrste proizvode izvanstanične egzopolisaharide koji tvore filamente strukture na površini biljke. Sušenjem se ti filamenti lome na fragmente i postaju zračni, gdje ih zračne struje prenose na različite udaljenosti. Ovaj mehanizam omogućuje diskretno, ali učinkovito širenje patogena u poljskim uvjetima.

Ljudska aktivnost dodatno pojačava širenje fitopatogenih bakterija. Ljudi su iznimno učinkoviti u premještanju biljnih i životinjskih patogena iz regija gdje su dobro poznati u nove regije gdje informacije o njihovoj prisutnosti nedostaju. Prijevoz sadnog materijala, razmjena sjemena, kretanje poljoprivrednih strojeva, pa čak i svakodnevne aktivnosti poljskih radnika mogu dovesti do nenamjernog prijenosa patogena. U globaliziranom svijetu ovaj mehanizam postaje ključni čimbenik pojave novih izbijanja i širenja rasprostranjenosti fitopatogenih bakterija.

Bugarska istraživanja o Xanthomonas euvesicatoria i X. vesicatoria pokazuju jasno izraženu raznolikost vrsta, patotipova i rasa, s dominacijom PT patotipa i rasa P4T2 i P6. Prirodne populacije vrlo su heterogene u simptomatologiji, fenotipu i genotipu, pri čemu je rasa P6 najrasprostranjenija kod X. euvesicatoria, a rasa P2 kod X. vesicatoria. Paralelno je evaluirano i klasificirano preko 270 genotipova paprike na otpornost koristeći ms i Di%, što omogućuje diferencijaciju od imunih do vrlo osjetljivih formi. Identificirano je pet genotipova s potpunim imunološkim odgovorom, a integrirana procjena karakteristika plodova podržava selekciju za kompleksnu otpornost i agronomsku vrijednost. Nacionalno kartiranje potvrđuje zemljopisnu specifičnost i genetsku heterogenost, uključujući i putem efektorskih gena AvrBs3/AvrBs4. Dodatni testovi pokazuju promjenjivu osjetljivost sojeva Xanthomonas na proizvode na bazi bakra, pri čemu su izolati iz rajčice osjetljiviji od onih iz paprike, a učinak se povećava s višom koncentracijom. (Vasileva i Bogatzevska, 2021; Vasileva i Bogatzevska, 2022; Vasileva, 2023; Vasileva i Todorova, 2024).

Reguliranje širenja i kontrole biljnih bolesti predstavlja jednu od glavnih karika u zaštiti bilja. Proizvodnja hrane s dobrim kvantitativnim i kvalitativnim pokazateljima u kontinuiranoj je ovisnosti o biljkama s trajnom otpornošću na različite patogene organizme. Štetno djelovanje pesticida na okoliš, proizvodnju hrane i ljudsko zdravlje nameće sve stroža ograničenja njihove uporabe.

Kemijska sredstva i dalje su glavni element u praksi kontrole bakterijskih bolesti bilja, pri čemu se proizvodi na bazi bakra, uključujući otopinu bakrenog sulfata, tradicionalno koriste za ograničavanje razvoja patogena. Unatoč njihovoj širokoj primjeni, brojna istraživanja pokazuju da članovi roda Xanthomonas pokazuju značajnu varijabilnost u osjetljivosti na bakrene katione. Dokumentirani su slučajevi smanjene osjetljivosti i čak stabilne otpornosti, što dovodi u pitanje učinkovitost bakrenih formulacija protiv određenih populacija patogena. Ova otpornost ima važan praktični značaj, jer može dovesti do neuspjeha standardnih mjera kontrole i zahtijevati upotrebu alternativnih ili kombiniranih pristupa upravljanju bolešću.

Više o temi:

Bakterijska pjegavost paprike u Bugarskoj

Literatura

  1. Abramovitch R. B. i Martin G. B. (2004) Strategies used by bacterial pathogens to suppress plant defenses. Curr. Opin. Plant Biol. 7, 356–364
  2. Kebede M., Timilsina S., Ayalew A., Admassu B., Potnis N., Minsavage G. V., et al. (2014) Molecular characterization of Xanthomonas strains responsible for bacterial spot of tomato in Ethiopia. Eur. J. of Plant Pathol., 1-12.
  3. Osdaghi, E., Jones, J. B., Sharma, A., Goss, E. M., Abrahamian, P., Newberry, E. A., ... & Vallad, G. E. (2021). A centenary for bacterial spot of tomato and pepper. *Molecular Plant Pathology, 22*(11), 1500–1519. 
  4. Potnis, N., Timilsina, S., Strayer, A., Shantharaj, D., Barak, J. D., Paret, M. L., ... & Jones, J. B. (2015). Bacterial spot of tomato and pepper: insights into pathogen biology, host resistance, and management. *Plant Disease, 99*(11), 1464–1476. 
  5. Reis Pereira, M., Santos, F. N., Tavares, F., & Cunha, M. (2023). Enhancing host-pathogen phenotyping dynamics: early detection of tomato bacterial diseases using hyperspectral point measurement and predictive modeling. *Frontiers in Plant Science, 14*, 1242201. 
  6. Scortichini M. (1995) Le malattie batteriche delle colture agrarie e delle specie forestali. Edagricole- Edizioni Agricole, Bologna
  7. Vasileva, K.  & Todorova, V. (2024). Evaluation of pepper breeding lines and accessions to Xanthomonas euvesicatoria and X. vesicatoria and fruit traits. Bulgarian Journal of Agricultural Science, 30(1), 141-150. https://www.webofscience.com/wos/woscc/full-record/WOS:001181663500002
  8. Vasileva, K. (2023). Reaction of species X. vesicatoria and X. euvesicatoria to copper products. New knowledge Journal of science, 12(1), 61-65. https://science.uard.bg/index.php/newknowledge/article/view/952/pdf_380
  9. Vasileva, K., & Bogatzevska, N. (2019). Races of bacterial spot pathogen infecting genus Capsicum in Bulgaria. Agricultural Science and Technology, 11(2), 113-117. https://www.webofscience.com/wos/alldb/full-record/CABI:20193332554
  10. Vasileva, K., & Bogatzevska, N. (2021). Statistical analysis of resistance variability of pepper accessions to Xanthomonas euvesicatoria and Xanthomonas vesicatoria. Agricultural Science and Technology, 13(4), 339-343. https://www.webofscience.com/wos/alldb/full-record/CABI:20220013883
  11. Vasileva, K., & Bogatzevska, N. (2022). Resistance of pepper types to Xanthomonas euvesicatoria and Xanthomonas vesicatoria-impact of the species, races and hosts specialization. Agricultural Science and Technology, 14(2), 44–53. https://www.webofscience.com/wos/alldb/full-record/CABI:20220383481
  12. Vidaver A.K. i Lambrecht P.A. (2004) Bacteria as plant pathogens. The Pl. Health Instr. DOI: 10.1094/PHI-I-2004-0809-01