Пирикуляриоз риса — Magnaporthe oryzae
Полевая диагностика пирикуляриоза с профилем Avr-эффекторов и чувствительности к фунгицидам — за часы, прямо на рисовом чеке
🧬 Описание пейплайна
Magnaporthe oryzae (син. Pyricularia oryzae) — аскомицет, возбудитель пирикуляриоза — самой разрушительной болезни риса в мире. Ежегодные потери урожая от пирикуляриоза оцениваются в 10–30% — этого зерна хватило бы для пропитания десятков миллионов человек. Китай, крупнейший мировой производитель риса, рассматривает пирикуляриоз как угрозу №1 для рисоводства.
Вид включает несколько патотипов: рисовый патотип (Oryza) и патотип Triticum — возбудитель «пшеничного взрыва» (wheat blast), появившийся в Южной Америке и занесённый в Бангладеш (2016) и Африку. Дифференциация патотипов критична для карантинного контроля.
Популяция патогена эволюционирует очень быстро: устойчивые сорта риса (с генами Pi) «пробиваются» за несколько лет. Поэтому нужен постоянный мониторинг рас и эффекторного репертуара прямо в поле. Гены авирулентности (Avr-эффекторы: Avr-Pita, Avr-Pik, Avr-Piz-t, Avr-Pii и др.) определяют, какие Pi-гены ещё работают против местной расы. Эффекторные гены часто лежат в субтеломерных районах среди повторов и транспозонов — короткие прочтения их плохо разрешают, тогда как длинные прочтения ONT дают полную сборку и фазирование этих локусов.
Наш пайплайн выполняет метагеномное и таргетное нанопоровое секвенирование поражённых листьев и узлов риса прямо в поле (чипы Flongle). За несколько часов агроном получает идентификацию вида и патотипа, профиль Avr-эффекторов (рекомендация по выбору устойчивого сорта), профиль чувствительности к фунгицидам (рекомендация по фунгицидной программе) и данные для мониторинга миграции линий патогена.
- 📥 На входе: Сырые данные в формате
FASTQпосле High Accuracy basecalling (Dorado SUP, химия R10.4.1). Материал: поражённые листья и узлы риса, гомогенат ткани. - 📤 На выходе: HTML-отчёт для агронома — вид и патотип возбудителя, профиль Avr-эффекторов, чувствительность к фунгицидам и рекомендации по защите посевов.
📊 Доступность продукта
| Платформа | Статус доступности |
|---|---|
| OnSiteSeq Cockpit Edge | 🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Desktop | 🟡 В разработке |
| OnSiteSeq Cockpit Cloud | 🔴 Не доступно |
🧩 Архитектура пейплайна
- Идентификация вида и патотипа — классификация прочтений против референсных баз; дифференциация рисового патотипа (Oryza) и пшеничного (Triticum, wheat blast).
- Де-ново сборка на длинных прочтениях — полноразмерная реконструкция субтеломерных локусов Avr-эффекторов, недоступных коротким прочтениям.
- Профилирование Avr-эффекторов — аллельный состав Avr-Pita, Avr-Pik, Avr-Piz-t, Avr-Pii и других генов авирулентности → прогноз работоспособности Pi-генов сортов.
- Скрининг мишеней фунгицидов — поиск полиморфизмов в генах-мишенях MBI, DMI и касугамицина.
- Филогенетика и мониторинг линий — отслеживание миграции рас и клональных линий между регионами.
Весь пайплайн реализован на Snakemake и поставляется в виде Docker-контейнера через реестр harbor.onsiteseq.io.
🎯 Маркеры устойчивости к фунгицидам
| Ген-мишень | Механизм | Фунгицид (класс) |
|---|---|---|
| Сциталон-дегидратаза (биосинтез меланина) | Полиморфизмы мишени | Карбопропамид и др. (MBI-D) |
| CYP51 (стерол-14α-деметилаза) | Полиморфизмы мишени | Триазолы (DMI: тебуконазол, пропиконазол) |
| Рибосомальные мишени | Полиморфизмы мишени | Касугамицин (антибиотик, широко применяется в Азии) |
| Cytb (цитохром b) | Мониторинг чувствительности | Стробилурины / QoI (азоксистробин) |
Пайплайн выполняет мониторинг чувствительности к MBI, DMI, касугамицину и стробилуринам по данным секвенирования генов-мишеней. Обратите внимание: классическая QoI-мутация G143A для M. oryzae нехарактерна — в его цитохроме b рядом с кодоном 143 расположен интрон, поэтому интерпретация опирается на полный анализ мишени, а не на единичный кодон.
🌾 Мониторинг рас и Avr-эффекторов
| Ген авирулентности | Соответствующий ген устойчивости риса | Практическое значение |
|---|---|---|
| Avr-Pita | Pi-ta | Потеря аллели Avr-Pita → сорта с Pi-ta теряют устойчивость |
| Avr-Pik | Pik | Аллельная серия Avr-Pik определяет спектр работающих Pik-аллелей |
| Avr-Piz-t | Piz-t | Мониторинг эрозии устойчивости сортов с Piz-t |
| Avr-Pii | Pii | Оценка эффективности Pii против местной популяции |
🌍 Глобальный контекст
- Продовольственная безопасность — пирикуляриоз ежегодно уничтожает 10–30% мирового урожая риса, основного продукта питания для половины человечества.
- Китай — крупнейший мировой производитель риса; пирикуляриоз там — угроза №1 для рисоводства, ведётся интенсивный мониторинг популяций патогена.
- Wheat blast — патотип Triticum как карантинная угроза: после Южной Америки занесён в Бангладеш (2016) и Африку; требуется быстрая дифференциация патотипов на границах.
- Климатическое расширение ареала — потепление сдвигает границы зон риска пирикуляриоза в новые регионы рисосеяния.
- Быстрая эрозия сортовой устойчивости — устойчивые сорта «пробиваются» за несколько лет, поэтому полевой мониторинг рас должен быть постоянным.