Karanténne a invazívne druhy – akútna hrozba pre slovenské vinohrady

Ministerstvo pôdohospodárstva a  rozvoja vidieka SR na  základe zistení v  Českej republike a následných kontrol v predajniach Záhradných centier, vydalo 28.3.2017 cez svoju web stránku upozornenie o  pravdepodobnom výskyte karanténnej baktérie X.fastidiosa na území Slovenska.

Xylella fastidiosa (Wells et al., 1987) je baktéria, systematicky zatriedená do  ríše-Eubacteria, kmeň-Proteobacteria, trieda-Gammaproteobacteria a čeľaď – Xanthomonadaceae.

Ide o veľmi agresívny polyfágny patogén, so širokým spektrom hostiteľských rastlín a pomerne rýchlym priebehom infekcie, s letálnou koncovkou pre hostiteľa. Doposiaľ je vo svete zaznamenaných viac než 360 druhov rastlín, ktoré môžu byť inf kované jedným alebo niekoľkými kmeňmi tejto baktéria. Posledná aktualizácia zoznamu hostiteľských rastlín, ktorý vypracovala Európska Komisia, je z 11.1.2017, pričom bližšie informácie o rastlinných druhoch nájdeme na web stránke: 

http://ec.europa.eu/food/plant/plant_health_biosecurity/legislation/emergency_measures/xylella-fastidiosa/susceptible_en.htm

Aj  keď je X.fastidiosa považovaná za  jeden druh, vedecká komunita v súčasnosti rozoznáva 4 kmene, ktoré sa okrem iného líšia aj výberom hostiteľských rastlín:

• X. fastidiosa poddruh fastidiosa (vinič, mandľa, lucerna, kávovník);
• X. fastidiosa poddruh multiplex (mandľa, slivka, broskyňa, viacero druhov listnatých a okrasných drevín);
• X. fastidiosa poddruh pauca (citrusové plodiny);
• X. fastidiosa poddruh sandyi (oleander, žltá ľalia, žakaranda, magnolia)

V  rokoch 1880–1884 v  USA zničila záhadná choroba približne 14 000 ha viniča v regióne Los Angeles, a  následne v  južných častiach Kalifornie ďalších 35 000 ha, čo viedlo k presunu pestovania viniča viac na sever. O pár rokov neskôr, v roku 1892, chorobu popísal Newton B. Pierce, prvý profesionálny rastlinný patológ v  Kalifornii. Keďže pôsobil v mestečku Anaheim (juhovýchodne od Los Angeles), tak spočiatku uvedená devastácia viníc v  južnej časti štátu dostala názov „Anaheimská choroba“.

Ide o  baktériu žijúcu v  rastlinnom xyléme (časti rastliny zodpovedné za  distribúciu vody a živín), kde sa množí a bráni rozvodu vody v napadnutých cievnych zväzkoch. Odpoveď rastliny na  znížený prietok a  def cit vody sa začne prejavovať na listoch v polovičke leta a postupne graduje až do ich predčasného odpadnutia. Táto baktéria bola po  prvýkrát nakultivovaná a  bezpečne označená až v  roku 1987 a  na  počesť jej objaviteľa bola nazvaná ako Pierceho choroba. Mnohé divo rastúce rastliny sú „bacilonosičmi“ tejto baktérie BEZ vizuálne zistiteľných symptómov (traviny, ostrica, niektoré druhy stromov). Spomedzi celej plejády hostiteľských rastlín vinič predstavuje významné infekčné riziko, predovšetkým latentných foriem baktérie, ktoré pri globálnom trhu výsadbového materiálu, predstavujú skutočnú časovanú bombu s devastačnými dôsledkami pre celé životné prostredie (lesy, parky, sady, agro-cenózy). X. fastidiosa je zrejme schopná inf kovať viaceré druhy rodu Vitis, a  to tak V. vinifera, ako aj americké druhy V.labrusca a  V.riparia. Ostatné americké druhy, ktoré sa používajú na podpníky: V. aestivalis, V.berlandieri, V. candidans a  V. rupestris, ich hybridy ako aj druh V. rotundifolia, sú voči tejto baktérii rezistentné. Neexistuje žiadna odroda viniča hroznorodého, ktorá by bola rezistentná, odrody Chardonnay a Pinot noir sú obzvlášť citlivé. Nedá sa vylúčiť, že baktéria je v  Európe prítomná už od čias fyloxérovej epidémie, kedy boli európske odrody masívne štepené na  US rastlinný materiál. Jej doterajšia „neviditeľnosť“ bola zrejme spôsobená neprítomnosťou, resp. nízkou početnosťou populácie vhodného vektora – CIKÁDY.

Od  roku 2003 je baktéria vedená v  zozname EPPO v kategórii A1 karanténneho významu. Európske odrody viniča sú na  baktériu výnimočne citlivé a  za  prítomnosti vhodného živočíšneho vektora bude Európa v najbližších rokoch čeliť vážnym problémom v  sektore vinohradníctva a ovocinárstva (broskyne, mandle, slivky, v súčasnosti olivy v Taliansku, Španielsku a Francúzsku). Podľa of ciálnych údajov nie sú európske vinice touto chorobou zasiahnuté,… aj  keď bez vetra sa ani lístok nepohne. V dňoch 29.-30. marca 2017 sa v  hlavnom meste regiónu Rioja – Logroño konalo medzinárodne stretnutie vinohradníckych špecialistov pod názvom „Phytoma-Spain International Meeting“, pričom jednou z troch hlavných diskutovaných tém bola: X. fastidiosa a porasty viniča.

Je potrebné rozlišovať medzi citlivými a  tolerantnými odrodami viniča. Keď je inf kovaná citlivá odroda, ochorenie je pre rastlinu fatálne, nakoľko nie sú k dispozícii žiadne overené a registrované fytosanitárne prostriedky. Pri  tolerantných odrodách zrejme existujú vnútorné obranné mechanizmy, ktoré bránia premnoženiu baktérie do  takej miery, že rastlina je schopná žiť a produkovať hrozno, aj napriek prítomnosti baktérie v jej pletivách.

Mechanizmus pôsobenia X. fastidiosa na rastlinu je pomerne jednoduchý, avšak o to viac zničujúci. X. fastidiosa patrí medzi Gram negatívny druh baktérie a je striktne aerobná (pozn. baktérie sa delia do dvoch veľkých skupín na základe metódy farbenia podľa Christiana Grama, ktorú zaviedol v roku 1884). Šíri sa výhradne cez xylémové cievne zväzky za aktívnej účasti živočíšneho vektora – cicavý druh hmyzu. Xylémové cievne zväzky sú pre rastlinu „vodovodné“ potrubie, ktoré rozvádza minerálne komponenty, zložky výživy rozpustené vo vode. Tok živín je stále v  stúpajúcom smere od  koreňov až do  fabriky fotosysntézy, ktorou sú listy. Akonáhle bola citlivá rastlina baktériou infikovaná, prichytáva sa na  vnútornú stenu xylémových cievnych zväzkov, tvorí viacbunkovú kolóniu, ktorá začne produkovať lepivú ochrannú hmotu, istý druh „biofilmu“. Ten je viditeľný aj makroskopicky vo forme gélu. Tento gelózny biofilm bráni cirkulácii vody vo vnútri xylému a tým blokuje výživu rastliny (obrázok 1). Symptomaticky sa infekcia prejaví náhlym zasychaním pomerne veľkej časti listovej plochy. Listová plocha nekrotizuje do hneda a pletivo okolo sa vyfarbí do žlta alebo červena (obrázok 2). Nekrózy sú veľmi časté na okraji listu. Zvädnuté, akoby spálené listy odpadávajú nie ako býva obvyklé spolu so stonkou, ale na apikálnej časti stonky, pričom stonky zostávajú na letoraste ako tŕne, často aj po prirodzenom opadnutí listov na jeseň (obrázok 4). Symptómy sa môžu ľahko zameniť s  prejavmi spojenými s  presolením pôdy, nedostatkom medi, fosforu alebo bóru, prípadne s  prejavmi drevokazných ochorení (obrázok 3). Častým javom je úplne odlistenie, zakrpatenie letorastov, ako aj dehydratácia strapcov. Nepravidelné plochy hnedého a  zeleného pletiva možno pozorovať na  letorastoch (obrázok 4). Samotný ker je oneskorený v raste, zakrpatieva, úroda hrozna sa dramaticky znižuje. Úhyn viničového kra  nastáva od jedného až do dvoch rokov od primárnej infekcie.

Pre básnika Františka Hrubína poeticky znejúca stridulácia cikád neveští pre vinohrad nič dobré a vinohradník by mal ihneď siahnuť po ilustrovanom atlase hmyzu. Ide o  hmyz z radu Hemiptera (polokrídlovce), ktorý vďaka bodavo-cicavému ústnemu ústrojenstvu je adaptovaný na  sanie rastlinných štiav. Prakticky každý druh polokrídlovcov, ktorý sa živí saním xylémových štiav, možno považovať za  vektor bakteriálnej nákazy. V  Európe ide predovšetkým o  druhy z čeľade cikádkovité (Cicadellidae) a peniarkovité (Cercopidae), pričom vedecky dokázaný prenos X. fastidiosa bol zistený u dvoch druhov s palearktickým rozšírením (obrázok 5):

Cicadella viridis Linnaeus, 1758 (Cicadellidae)– cikádka zelená;
Philaenus spumarius Linnaeus, 1758 (Aphrophoridae) – peniarka obyčajná

Ani baktéria, ale ani vektor nepotrebuje obdobie latencie. Takže každé vývojové štádium schopné sať z xylémových častí rastliny sa stáva prenášačom nákazy za  predpokladu, že rastlina už bola infikovaná. Prenos baktérie medzi vývojovými štádiami (proces zvliekania kutikuly) ako aj transovariálny prenos, sú u týchto druhov cikád nemožné. Po nasatí z inf kovanej rastliny sa baktéria prichytí na kutikule predného čreva cikády, kde dochádza k jej multiplikácii. Pri následnom saní na zdravej rastline sa z črevnej kutikuly baktéria uvoľňuje, prechádza do slín, pričom bakteriálne inokulum je vstreknuté do rastliny v momente vpichu. Patogén prežíva v dospelých štádiách cikád počas ich celého života. Medzi najúspešnejších prenášačov baktérie X. fastidiosa z hľadiska rýchlosti prenosu je druh cikády s nearktickým rozšírením: Homalodisca vitripennis Germar, 1821 (Cicadellidae). Nakoľko zavlečenie tohto druhu z Amerického kontinentu do Európy je vysoko pravdepodobné, preto bol iba nedávno zaradený do výstražného systému EPPO ako potencionálne karanténny škodca (obrázok 6).

Rýchlosť šírenia nákazy v poraste závisí od viacerých faktorov. Predovšetkým od  infekčného potenciálu samotného kmeňa baktérie nakaziťrozmanité druhy rastlín burinného spoločenstva v  medziradí vysadeného viniča hroznorodého, ako aj rastlinných spoločenstiev v  okolí vinohradov. Zároveň musí byť v  poraste dostatočne početná populácia cikád s vhodným druhovým zložením, ktorá zabezpečí šírenie bakteriálnej nákazy. Najdlhšie skúseností s touto bakteriálnou nákazou majú pestovatelia a výskumníci na Americkom kontinente, no napriek všetkému ich úsiliu nie je známy jediný prípad úspešnej eradikácii X. fastidiosa, keď sa už raz „zahniezdila“ v  regióne. Súvisí to predovšetkým s  faktom že tento patogén má neuveriteľne dlhý zoznam hostiteľských rastlín, častokrát asymptomatických, zoznam vektorov tejto baktérie tiež nie je krátky.

Paniku medzi európskymi úradníkmi spustila v  roku 2013 pozitívna identifikácie baktérie X. fastidiosa v  talianskom regióne Pouilles (provincia Lecce), pričom zasiahnutých bolo takmer 14 000 fariem, ktoré pestujú olivy na celkovej ploche 18 846 ha (2,2 milióna olivovníkov). Inf kované boli predovšetkým stromy staršie ako 100 rokov a  mnohé z  nich si ešte pamätali Cosima di Giovanni de’ Medici, posmrtne nazývaného ako Otec národa (pozn.: Slováci majú zas Otca štátu a navyše žijúceho). Aj napriek celému súboru vypracovaných administratívnych opatrení v rámci EÚ sa baktéria úspešne šíri naprieč celou Európu: najprv Taliansko – rok 2013, Francúzsko –  rok 2015, jún 2016 východné Nemecko, november 2016 Baleárske ostrovy patriace Španielsku, následne Čechy a najnovšie aj Slovensko. Treba povedať, že žiaden hmyz nie je tak rýchly v šírení bakteriálnej nákazy, ako civilizovaný človek s nedôslednou realizáciou ním vypracovaných príkazov, zákazov a nariadení, a to tak na úrovni EÚ, ako aj na národných úrovniach. Je to krutá daň za  globalizáciu a  veľmi výhodné trans-atlantické obchodné zmluvy o výmene tovaru. V tomto kontexte je mediálna aktivita MPRV SK na tému X. fastidiosa chvályhodná, avšak okrem verbálnych deklarácii treba predovšetkým posilniť materiálovo technické vybavenie príslušných laboratórií ÚKSÚP-u a  samotných fytoinšpektorov, aby sme nenadobudli dojem Potemkinovských dedín. Ako som mal možnosť nedávno osobne skonštatovať, stav na ÚKSÚP-e je z tohto hľadiska viac než úbohý.

Na  základe Vykonávacieho rozhodnutia Komisie (EÚ) č. 2015/789 z  18.5.2015 je potrebné po  zistení infikovanej rastliny v  porastevymedziť oblasť výskytu (obrázok 7). V  tomto rozhodnutí je všetko popísané, čo sa má robiť, ako sa má robiť, prečo sa má robiť, dokonca aj ako sa majú ošetrovať sadenice viniča pred tým, než opustia škôlku dodávateľa výsadbového materiálu. Francúzi, znalý zákonnosti od čias Francúzskej revolúcie, mysleli aj na  sankcie v  prípade, že sa pravidlá nedodržia – 6 mesiacov do väzenia na tvrdo A (nie alebo !) 150 000 euro pokuta.

[Show slideshow]

V  roku 2015 si európsky vinohradníci mohli aspoň trochu vydýchnuť, nakoľko sa v odbornej tlači objavili výsledky talianskeho výskumného tímu pod vedením šarmantnej Annalisa Giampetruzii. Tento tím analyzoval DNA baktérie, ktorá nivočila talianske olivové sady a možnosť diseminácie tohto bakteriálneho kmeňa na  vinič, rastúci v  blízkosti olivovníkov, nedával spávať mnohým vinohradníkom na  juhu Európy. Našťastie bolo zistené, že kmeň lokalizovaný na olivovníkoch je geneticky veľmi blízky brazilskemu kmeňu X. fastidiosa subsp. pauca, ktorý v južnej Amerike devastuje výsadby pomarančovníkov. Infekčný potenciál tohto kmeňa je pomerne limitovaný a vinič určite nepatrí do jeho zoznamu hostiteľských rastlín.

Efektívny spôsob ochrany poľnohospodárskych porastov voči X. fastidiosa zatiaľ neexistuje, sú len prostriedky na spomalenie nákazy a zabránenie celoplošnej, multicenóznej epidémii. Jedným z opatrení je boj s vektormi, tzn. kontrola populácie cikád aplikáciou účinných insekticídov od mája až do konca júla.

Už v  1971 roku prebehla odbornou tlačou informácia o  aplikácii tetracyklínových antibiotík na  inf kované viničové kry cez závlahový systém. Výsledkom bolo iba dočasné potlačenie prejavov nákazy. Neskôr sa ukázalo, že s  aplikáciou antibiotík to zas nebol až taký super nápad, nakoľko jednak môže dôjsť k  znehodnoteniu úrody (aspekt toxikologický) a zároveň k selekcii ešte agresívnejších bakteriálnyc kmeňov rezistentných na  antibiotika. Omnohelegantnejší spôsob kontroly X. fastidiosa, šetrnejší k životnému prostrediu a ľudskému zdraviu, je použitie krátkych antimikrobiálnych peptidov, ktoré sú tiež známe ako obranné peptidhostiteľa (HDP). Aby sme lepšie pochopili aktuálny stav poznania a vedecké otázniky spojené s  takýmto prístupom ochrany, je potrebné si trochu oprášiť zabudnuté vedomosti z  fyziológie rastlín a  mikrobiológie. Prvou obrannou líniou rastliny pred škodlivým činiteľom je pektocelulózová stena (porovnateľná so železobetónom), ktorá je nepriepustná pre patogén a veľmi ťažko stráviteľná hmyzom. Avšak, cez rôzne poranenia rastlinného tkaniva spôsobené živočíchmi, krúpami, prípadne náradím človeka alebo využijúc hydrolytické enzýmy v prípade niektorých baktérií, dokáže škodlivý činiteľ vniknúť do  apoplazmy (prázdny priestor medzi rastlinnými bunkami, v  ktorom sa pasívnou difúziou pohybuje voda a minerálne látky). Okrem toho sú patogény schopné preniknúť do rastliny cez prieduchy – malé otvory na  abaxiálnej starne listu, cez ktoré dochádza k výmene plynov medzi rastlinou a ovzduším (kyslík, kysličník uhličitý a  vodná para), alebo cez hydatódy – vodné štrbiny – cez ktoré rastlina vytláča vodu s  rozpustenými minerálmi v dôsledku hydrostatického pretlaku v cievnych zväzkoch (fenomén gutácie – slzenia). V  prípade, že patogén preniká do rastliny cez apoplazmu, tak v záujme vlastného prežitia musí mať rastlina vo svojom arzenáli možnosť rýchlej obrannej odpovede. Rastlinné bunky si na tento účel vyvinuli systém rýchleho rozpoznania základnej molekulárnej štruktúry vždy prítomnej na  povrchu každého mikróbu, využijúc na tento účel membránové receptory. Antimikrobiálne peptidy sú z  viacerých aspektov jedny z  najlepších kandidátov na  riešenie problému spojeného s baktériou X.fastidiosa:

1.  majú široké spektrum biologickej účinnosti voči mnohým Gram negatívnym baktériám;
2.  v porovnaní s antibiotikami okamžite usmrcujú baktérie, na rozdiel od antibiotík, ktoré inhibujú multiplikáciu baktérií;
3.  ich silnou stránkou je ich vysoká efektívnosť voči multirezistentným baktériám na niekoľko skupín antibiotík. Rezistencia na katiónové antimikrobiálne peptidy je veľmi málo pravdepodobná, lebo to by baktéria musela úplne zmeniť svoju membránu, aby zabránila biologickému účinku peptidov.

Ono to všetko vyzerá veľmi nádejne, ale je tu jeden dosť veľký háčik. Chradnúce talianske olivy nemajú totiž svoju vlastnú imunitnú reakciu na  infekciu bakteriálneho kmeňa X. fastidiosa subsp. pauca, nakoľko baktéria sa neudomácnila v apoplazme, ale išla priamo do xylémových pletív, kde sa prichytila na mŕtvych bunkách vnútornej steny cievnych zväzkov. Takže v  súčasnosti je pred vedeckými skupinami niekoľko nie jednoduchých hlavolamov. Vychádzajúc zo živých organizmov je potrebné nájsť antimikrobiálny peptid s „anti-fastidiosa“ účinnosťou a následne nájsť gén, ktorý kóduje jeho syntézu. Potom je potrebné nájsť vhodný vektor, ktorý by bol nositeľom tohto génu, a ktorý by zaistil jeho transfer do rastlinných buniek olív. Koncovkou tohto snaženia musí byť permanentná produkcia antimikrobiálneho peptidu s  prívlastkom anti-fastidiosa, a to v samotnom xylémovom tkanive.

Inou možnosťou ochrany je použitie bakteriofágov, tzn. špecifických vírusov schopných napadnúť baktériu X.fastidiosa. Ide o  tzv. čistú stratégiu ochrany rešpektujúc všetky možné aspekty ochrany životného prostredia. V Kalifornii, na základe úspešného testu v karanténnych skleníkoch, prebiehajú v súčasnosti pokusy zamerané na overenie tohto konceptu ochrany v terénnych podmienkach.

Ďalšia z  možnosti, ktorá je rozpracovaná, je ošetrenie napadnutých porastov N-acetylcysteínom. Ide o derivát cysteínu, ktorý sa používa v medicíne na odhlienenie dýchacieho aparátu. Cieľom je obmedziť priľnavosť baktérie X fastidiosa na vnútorných stenách xylému, a tým narušiť tvorbu gelózneho biofilmu, ktorý vedie k  výraznému zhoršeniu prietokovosti cievnych zväzkov.

Čo však môžeme spraviť hneď a  okamžite? Nedovážať výsadbový materiál pokiaľ nemáme overený zdroj odkiaľ materiál pochádza a pokiaľ nám dodávateľ nepredloží hygienický certif kát potvrdený príslušnou inštitúciou v krajine pôvodu. Existujú rýchle scríningové testy na zistenie prítomnosti X. fastidiosa v rastlinnom materiály, takže pred výsadbou je vhodné sa ubezpečiť, že štepy, ktoré ideme sadiť, nie sú inf kované baktériou X. fastidiosa.

RNDr. Bruno Gabel, CSc.

Tags: 03/2017