Картофель, пораженный P. infestans, патогеном, ответственным за ирландский картофельный голод. Точный штамм, связанный с голодом 1840-х годов, был идентифицирован впервые. Изображение через USDA
В течение почти 150 лет, начиная с конца 17-го века, миллионы людей, живущих в Ирландии, в основном питались одной культурой: картофелем. Затем, в 1845 году, фермеры заметили, что листья их картофельных растений были покрыты таинственными темными пятнами. Когда они вытаскивали картофель из земли, большинство из них были усохшими, мягкими и несъедобными. Болезнь быстро распространялась тревожно, вдвое снижая урожайность этого года. К 1846 году урожай с картофельных ферм сократился до четверти от первоначального размера.
Болезнь - наряду с политической системой, которая требовала, чтобы Ирландия экспортировала большие объемы кукурузы, молочных продуктов и мяса в Англию, - привела к широко распространенному голоду, и почти все из немногого доступного картофеля были съедены, вызывая нехватку семенного картофеля, который обеспечил бы голод в течение почти десятилетия. В конечном итоге погибло более миллиона человек, и еще один миллион эмигрировал, чтобы избежать катастрофы, в результате чего население Ирландии сократилось примерно на 25 процентов; остров до сих пор не достиг своего уровня населения до голода сегодня.
В то время, наука о болезни была плохо понята, и большинство полагало, что это было вызвано грибком. В течение двадцатого века ученые определили, что это было вызвано оомицетом (грибоподобным эукариотом), называемым Phytophthora infestans . Однако, не имея доступа к образцам эпохи 1840-х годов, они не могли точно определить, какой штамм организма несет ответственность.
Теперь международная группа ученых вернулась и взяла образцы ДНК листьев ирландского картофеля, хранящихся в коллекциях лондонских садов Кью с 1847 года. При этом они обнаружили уникальный, ранее неизвестный штамм P. infestans, который они называют HERB. -1 вызвал упадок.
Листья ирландского картофеля с 1847 года, разгар голода, использовались как часть исследования. Изображение через eLife / Kew Gardens
Исследователи из Лаборатории Сэйнсбери в Великобритании и Институтов Макса Планка в Германии пришли к выводу, что в рамках проекта секвенирует ДНК из 11 различных сохранившихся исторических образцов и 15 современных, чтобы отслеживать эволюцию патогена во времени, опубликованную сегодня в журнале eLife .
В настоящее время P. infestans распространяется по всему миру, причем подавляющее большинство состоит из деструктивного штамма US-1. Большинство других штаммов P. infestans встречаются только в мексиканской долине Толука, где дикие сорта картофеля являются аборигенными, поэтому ученые долго полагали, что США-1 был причиной голода 1840-х годов.
Но когда исследователи извлекли небольшие кусочки неповрежденной ДНК из старых высушенных листьев картофеля, первоначально собранных в Ирландии, Великобритании, Европе и Северной Америке, и сравнили их с современными образцами P. infestans, они обнаружили, что штамм ответственность за голод немного отличалась от сегодняшней США-1.
Основываясь на своем анализе генетической изменчивости между двумя штаммами и другими историческими образцами, они предполагают, что когда-то в 1842 или 1843 году, предок штамма HERB-1 P. infestans сделал его из Мексики в Северную Америку, а затем в Европа, возможно, содержала в себе картофель, который корабли перевозили в качестве еды для своих пассажиров. Вскоре он распространился по всему миру, вызвав голод в Ирландии, и продолжался до 1970-х годов, когда он вымер и был в значительной степени заменен штаммом США-1. Два штамма, вероятно, распались на части вскоре после того, как их общий предок выбрался из Мексики.
Это исследование впервые проанализировало генетику патогенов растений путем извлечения ДНК из высушенных образцов растений, открывая возможность для исследователей изучать другие болезни растений на основе исторических коллекций ботанических садов и гербариев по всему миру. По словам команды, лучшее понимание эволюции болезней растений с течением времени могло бы помочь найти способы выведения более устойчивых сортов растений, устойчивых к болезнетворным микроорганизмам, которые сегодня поражают растения.
