Śluzak ziemniaka (Ralstonia solanacearum)

Ralstonia solanacearum – kwarantannowy sprawca śluzaka ziemniaka

Śluzak ziemniaka (brunatna zgnilizna) wywoływany przez Ralstonia solanacearum to jedna z najgroźniejszych chorób bakteryjnych ziemniaka na świecie. Gatunek jest agrofagiem kwarantannowym w UE, powodującym globalne straty szacowane na miliard dolarów rocznie.

Globalny zasięg

Bakteria występuje na wszystkich kontynentach oprócz Antarktydy, w tym w większości państw europejskich.

W Polsce:

• 2011: Pierwsze wykrycie – próba wody z miejskiej oczyszczalni ścieków
• 2014: Wykrycie w bulwach ziemniaka
• Pojedyncze wykrycia w bulwach, jedno na pomidorze
• Wykrycia w wodach powierzchniowych i na psiance słodkogórz (Solanum dulcamara)

Żywiciele

• Ziemniak (Solanum tuberosum) – główny żywiciel
• Pomidor (Solanum lycopersicum)
• Oberżyna (Solanum melongena)
• Papryka (Capsicum annuum)
• Tytoń (Nicotiana spp.)
• Anturium (Anthurium spp.)
• Pelargonia (Pelargonium spp.)
• Dziko rosnące psiankowate

Objawy na roślinach ziemniaka

Często porażenie przebiega bezobjawowo!

Przy objawach jawnych:

• Więdnięcie roślin od wierzchołka ku dołowi
• Przy silnym porażeniu – gwałtowne więdnięcie prawie bez zmiany zabarwienia
• Na młodych łodygach – ciemne wąskie smugi przeświecające przez skórkę (przebarwione wiązki)
• Z przekrojonej łodygi może wyciekać mlecznobiały śluz bakteryjny

Objawy na bulwach ziemniaka

• Szarawo-brązowe przebarwienia w pobliżu oczek i miejsca łączenia ze stolonem
• Wyciek szarawobiałego śluzu z oczek lub stolonów
• Brązowe przebarwienie i zamieranie tkanki przewodzącej (widoczne na przekroju)
• Wyciek śluzu z pierścienia wiązek przewodzących
• Obumieranie tkanek, gnicie bulw

Objawy na pomidorze

• Wiotkość najmłodszych liści
• Szybkie więdnięcie całej rośliny (w sprzyjających warunkach)
• Karłowatość (w mniej sprzyjających warunkach)
• Brązowe przebarwienie naczyniowych tkanek łodygi

Katastrofalna szkodliwość

Bakteria wywołuje duże straty – zarówno ilościowe, jak i jakościowe (bulwy gniją na polu i w przechowalni).

Globalne dane:

• Roczne straty: szacunkowo miliard dolarów
• Dotyka około 3 miliony farmerów w 80 krajach

Rozprzestrzenianie

Główne drogi przenoszenia:

• Bulwy ziemniaków (zwłaszcza sadzeniaki)
• Rozsada pomidora
• Gleba i śluz bakteryjny
• Mechanicznie podczas prac pielęgnacyjnych
• Worki, transport, maszyny rolnicze
• Zakażona woda do nawadniania
• Wody powierzchniowe zalewające pola
• Niektóre szczepy – przez owady

Brak skutecznego zwalczania

Brak skutecznych metod zwalczania, szczególnie chemicznego. Stosowane działania:

• Usuwanie i niszczenie porażonych roślin i bulw
• Zakaz sadzenia porażonych bulw i roślin pomidora
• Przetwórstwo przemysłowe lub biogaz (pod warunkami)
• Pasza dla zwierząt po uparowaniu/zakiszeniu
• Dezynfekcja maszyn, urządzeń, przechowalni
• Zakaz uprawy żywicieli przez minimum 4 lata na porażonych polach
• Usuwanie samosiewów ziemniaka i chwastów psiankowatych

Status prawny

Ralstonia solanacearum podlega obowiązkowi zwalczania w UE i Polsce jako agrofag kwarantannowy.

Szczegółowa charakterystyka i taksonomia

Ralstonia solanacearum (Smith) Yabuuchi et al. emend. Safni et al. jest bakterią z rodziny Burkholderiaceae, należącą do klasy Betaproteobacteria w obrębie typu Proteobacteria. Organizm ten został po raz pierwszy opisany przez Smitha w 1896 roku jako Pseudomonas solanacearum, następnie przeklasyfikowany przez Yabuuchi i współpracowników w 1995 roku do rodzaju Ralstonia. Ostateczną emendację nazwy przeprowadzili Safni i współpracownicy w 2014 roku, wyodrębniając z kompleksu gatunkowego Ralstonia solanacearum sensu lato trzy odrębne gatunki.

Kompleks gatunkowy RSSC (Ralstonia solanacearum Species Complex) obejmuje obecnie trzy gatunki: R. solanacearum sensu stricto (Filotyp II), Ralstonia pseudosolanacearum (Filotypy I i III) oraz Ralstonia syzygii (Filotyp IV). Każdy filotyp charakteryzuje się określonym pochodzeniem geograficznym: Filotyp I azjatyckim, Filotyp II południowoamerykańskim, Filotyp III afrykańskim, a Filotyp IV indonezyjskim. W obrębie poszczególnych filotypów wyróżnia się liczne sekwewary (sequevars) różniące się markerami molekularnymi, w tym regionem spacerowym genów rRNA 16S-23S oraz genami hrpB, mutS i egl.

Historycznie organizm był klasyfikowany według systemu ras i biowarów wprowadzonego przez Buddenhagena i współpracowników w 1962 roku oraz Haywarda w 1964 roku. System ten wyróżniał pięć ras patogenicznych i pięć biowarów na podstawie cech fenotypowych. Współczesna klasyfikacja oparta na analizach filogenetycznych i molekularnych, przeprowadzona przez Fegana i Priora w 2005 roku, zastąpiła ten system podziałem na filotypy i sekwewary, oferując precyzyjniejszą charakterystykę genetyczną i epidemiologiczną poszczególnych szczepów.

Biologia i cykl rozwojowy

Ralstonia solanacearum jest bakterią o kształcie pałeczkowatym, gram-ujemną, charakteryzującą się wysoką zmiennością genetyczną i fenotypową. Optymalna temperatura wzrostu dla większości szczepów mieści się w zakresie 24-35°C, przy czym sekwewar PIIB-1 wykazuje preferencje dla niższych temperatur, co umożliwia mu rozwój w umiarkowanym klimacie strefy EPPO. Bakteria wymaga wysokiej wilgotności gleby oraz okresów deszczowych dla optymalnego rozwoju i rozprzestrzeniania się.

Organizm charakteryzuje się zdolnością do przechodzenia w stan VBNC (viable but non-culturable – żywotny, ale niehodowalny), co ma istotne znaczenie epidemiologiczne, choć dokładna rola tego stanu w cyklu chorobowym nie została w pełni wyjaśniona. Przeżywalność w gołej glebie jest zwykle krótkotrwała, szczególnie w niskich temperaturach, jednak bakteria może długoterminowo utrzymywać się w alternatywnych roślinach żywicielskich, zwłaszcza w gatunkach psiankowatych rosnących w podmokłych warunkach.

Infekcja następuje głównie przez uszkodzenia korzeni, skąd bakterie przemieszczają się poprzez kolonizację xylem. Zasadniczą przyczyną więdnięcia jest blokowanie naczyń przewodzących przez biofilm bakteryjny. W klimacie umiarkowanym szczepy PIIB-1 mogą zimować w bezobjawowo zakażonych roślinach Solanum dulcamara rosnących nad brzegami zbiorników wodnych, stanowiących źródło inokulum dla upraw w sezonie wegetacyjnym przy zastosowaniu nawadniania wodą powierzchniową.

Metody diagnostyczne

Diagnostyka Ralstonia solanacearum opiera się na wieloetapowym protokole opisanym w standardzie EPPO PM 7/21(3), który przewiduje zastosowanie testów przesiewowych oraz identyfikacyjnych opartych na różnych zasadach biologicznych. Podstawowe testy przesiewowe obejmują izolację na pożywkach selektywnych, testy immunofluorescencyjne (IF) oraz metody molekularne: LAMP (Loop-mediated Isothermal Amplification), konwencjonalny PCR oraz real-time PCR. Testy molekularne charakteryzują się wysoką czułością i specyficznością, przy czym LAMP może być stosowany bezpośrednio na próbkach objawowych.

Identyfikacja na poziomie gatunku i sekwewaru wymaga zastosowania specjalistycznych testów molekularnych, w tym sekwencjonowania DNA (DNA barcoding) oraz spektrometrii mas MALDI-TOF. Do identyfikacji subgatunkowej stosuje się analizę genów docelowych (hrpB, mutS, egl) oraz regionu spacerowego 16S-23S rRNA. Protokoły diagnostyczne różnią się w zależności od rodzaju próbki: bulwy ziemniaka i materiał roślinny wymagają innego podejścia niż próbki wodne, dla których przewidziano wyłącznie izolację selektywną.

Klasyczna identyfikacja opiera się na obserwacji charakterystycznych objawów: kremowożółty, śluzowaty wyciek bakteryjny z naciętych wiązek przewodzących, który pojawia się spontanicznie po kilku minutach od przecięcia tkanek. Test ten ma znaczenie diagnostyczne w warunkach polowych i pozwala odróżnić bakterię od innych patogenów powodujących więdnięcie, takich jak Fusarium, Verticillium, Dickeya czy Clavibacter. W przypadkach krytycznych zaleca się wykonanie testów patogeniczności na roślinach testowych.

Znaczenie gospodarcze i straty

Ralstonia solanacearum stanowi jeden z najważniejszych ekonomicznie patogenów bakteryjnych na świecie, atakując ponad 50 rodzin roślinnych, w tym kluczowe uprawy rolnicze takie jak ziemniak, pomidor, bakłażan, papryka, tytoń oraz banan i plantain. Sekwewar PIIB-1, powodujący brunatną zgniliznę ziemniaka, rozprzestrzenił się z Ameryki Południowej na wszystkie kontynenty, powodując znaczące straty w produkcji ziemniaków w Afryce, Azji, Europie i Oceanii. W regionie EPPO bakteria została wprowadzona wraz z zakażonym materiałem sadzeniakowym ziemniaka oraz sadzonkami pelargonii.

Szczepy powodujące chorobę Moko bananów i plantanów (sekwewary PIIA-6, PIIA-24, PIIA-38, PIIA-41, PIIA-53, PIIB-3, PIIB-4, PIIB-25) występują głównie w Ameryce Południowej i Środkowej oraz na Karaibach, ale zostały również zidentyfikowane na Filipinach (choroba Bugtok) i w Malezji. Wariant PIIB-4NPB zaobserwowano w Martynice, Brazylii, Kostaryce, Gujanie Francuskiej i na Trynidadzie, gdzie atakuje dyniowate i Anthurium. Szczep PIIA-50, szeroko rozprzestrzeniony na ziemniakach w Brazylii, został również wykryty w Portugalii, demonstrując potencjał rozprzestrzeniania się przez handel międzynarodowy.

W krajach EPPO wprowadzenie bakterii wiąże się z natychmiastowymi działaniami eradykacyjnymi i rygorystyczną kontrolą fitosanitarną, co generuje znaczne koszty dla przemysłu rolniczego i służb ochrony roślin. Bakteria wykazuje zdolność do ustanawiania się w systemach rzecznych, co utrudnia całkowitą eradykację i stwarza stałe zagrożenie dla upraw nawadnianych wodą powierzchniową. Nowe rośliny żywicielskie są nadal odkrywane, jak amerykańska borówka (Vaccinium corymbosum) i hortensje na Florydzie, co wskazuje na rozszerzający się zasięg ekonomicznego oddziaływania.

Regulacje prawne i status kwarantannowy

Ralstonia solanacearum sensu stricto (RSSC filotyp II) jest klasyfikowana jako organizm kwarantannowy A2 na liście EPPO (nr 58) oraz w Aneksie II części B przepisów UE, co oznacza, że jest uznawana za szkodnika o ograniczonym rozprzestrzenianiu wymagającego natychmiastowych działań eradykacyjnych w przypadku wykrycia. Ralstonia pseudosolanacearum znajduje się na liście A2 EPPO (nr 401) i w Aneksie II części A UE, natomiast Ralstonia syzygii subsp. celebesensis i R. syzygii subsp. indonesiensis są klasyfikowane jako organizmy A1 EPPO (nr 400), czyli nieobecne w regionie EPPO.

Regulacje fitosanitarne wymagają obowiązkowego zgłaszania wykrycia bakterii oraz wdrożenia programów monitoringu i eradykacji zgodnie z protokołami EPPO. W krajach członkowskich UE obowiązują ścisłe wymogi dotyczące importu materiału roślinnego z krajów, gdzie bakteria występuje, obejmujące certyfikację fitosanitarną i testy laboratoryjne. Szczególnie rygorystyczne przepisy dotyczą ziemniaków sadzeniaczych, sadzonek bananów i materiału rozmnożeniowego pelargonii.

Standard diagnostyczny PM 7/21(3) z 2021 roku ustala jednolite procedury wykrywania i identyfikacji dla wszystkich krajów EPPO, zapewniając harmonizację metod diagnostycznych i porównywalność wyników między laboratoriami. Protokół musi być stosowany w połączeniu ze standardem PM 7/76 dotyczącym wykorzystania protokołów diagnostycznych EPPO. W przypadku wykrycia bakterii konieczne jest natychmiastowe powiadomienie EPPO oraz wdrożenie środków fitosanitarnych zgodnie z dyrektywami UE dotyczącymi zdrowia roślin.