Біологічні системи: теорія та інновації

Інноваційні методи діагностики РНК-вмісних вірусів у рослинах: нові підходи до контролю та профілактики

Олексій Павелко, Оксана Таран, Юлія Коломієць
Завантажити статтю
Анотація

Метою дослідження було здійснення порівняльного аналізу традиційних (імуноферментний аналіз, полімеразна ланцюгова реакція) та інноваційних методів діагностики вірусів, що містять рибонуклеїнову кислоту, у рослинах для оцінки їхньої ефективності у виявленні патогенів на ранніх стадіях інфекційного процесу. Експериментальні випробування проводилися в лабораторних умовах із використанням зразків пшениці, томатів і огірків, інфікованих типовими вірусними збудниками. Було досліджено межу детекції, специфічність, тривалість аналізу, вартість дослідження та можливості масштабного застосування кожного з методів. Установлено, що сучасні молекулярні підходи, зокрема технологія спрямованого розщеплення генетичного матеріалу за допомогою кластерних повторів коротких паліндромних послідовностей зі сполученими білками, а також секвенування нового покоління, значно перевищували традиційні методи за чутливістю, точністю та здатністю до виявлення вірусів у латентній формі. Зокрема, межа детекції для методу секвенування становила 0,01 копії на мікролітр, а для методу спрямованого розщеплення – 0,1 копії на мікролітр. Встановлено, що технологія спрямованого розщеплення забезпечувала ефективне поєднання швидкості (1-2 години), вартості (близько 20 доларів за зразок) та пропускної здатності (до 200 зразків на добу), тоді як секвенування нового покоління, попри найвищу точність, потребувало значних фінансових і технічних ресурсів. Практична значущість результатів полягає у створенні наукового підґрунтя для інтеграції інноваційних діагностичних платформ у систему фітосанітарного контролю. Запропоновані підходи сприяють підвищенню ефективності виявлення вірусних патогенів, зниженню економічних втрат у рослинництві та формуванню сучасних стратегій біобезпеки у сільському господарстві

Ключові слова

діагностика патогенів; чутливість виявлення; латентні інфекції; біобезпека агросектору; молекулярні методи аналізу; моніторинг фітовірусів

ЦИТУВАТИ
Pavelko, O., Taran, O., & Kolomyets, Yu. (2025). Innovative methods for diagnosing RNA-containing plant viruses: New approaches to control and prevention. Biological Systems: Theory and Innovation, 16(3), 26-41. https://doi.org/10.31548/biologiya/3.2025.26
Використані джерела
  1. Bocos-Asenjo, I.T., Niño-Sánchez, J., Ginésy, M., & Diez, J.J. (2022). New insights on the integrated management of plant diseases by RNA strategies: Mycoviruses and RNA interference. International Journal of Molecular Sciences, 23(16), article number 9236. doi: 10.3390/ijms23169236.
  2. Buja, I., Sabella, E., Monteduro, A.G., Chiriacò, M.S., De Bellis, L., Luvisi, A., & Maruccio, G. (2021). Advances in plant disease detection and monitoring: From traditional assays to in-field diagnostics. Sensors, 21(6), article number 2129. doi: 10.3390/s21062129.
  3. Chakrabartty, I., Khan, M., Mahanta, S., Chopra, H., Dhawan, M., Choudhary, O.P., Bibi, S., Mohanta, Y.K., & Emran, T.B. (2022). Comparative overview of emerging RNA viruses: Epidemiology, pathogenesis, diagnosis and current treatment. Annals of Medicine and Surgery, 79, article number 103985. doi: 10.1016/j.amsu.2022.103985.
  4. Convention on Biological Diversity. (1992, June). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/995_030#Text.
  5. Delmiglio, C., Waite, D.W., Lilly, S.T., Yan, J., Elliott, C.E., Pattemore, J., Guy, P.L., & Thompson, J.R. (2023). New virus diagnostic approaches to ensuring the ongoing plant biosecurity of Aotearoa New Zealand. Viruses, 15(2), article number 418. doi: 10.3390/v15020418.
  6. Devi, B.M., Guruprasath, S., Balu, P., Chattopadhyay, A., Thilagar, S.S., Dhanabalan, K.V., Choudhary, M., Moparthi, S. & Jailani, A.A.K. (2024). Dissecting diagnostic and management strategies for plant viral diseases: What next? Agriculture, 14(2), 284. doi: 10.3390/agriculture14020284.
  7. Kalimuthu, K., Arivalagan, J., Mohan, M., Christyraj, J.R.S.S., Arockiaraj, J., Muthusamy, R., & Ju, H.J. (2022). Point of care diagnosis of plant virus: Current trends and prospects. Molecular and Cellular Probes, 61, article number 101779. doi: 10.1016/j.mcp.2021.101779.
  8. Krenz, B., Niehl, A., & Büttner, C. (2024a). Charting the course of plant virology: Innovations in diagnostics and beyond-reports from the DPG meeting. Journal of Plant Diseases and Protection, 131(1), 1-7. doi: 10.1007/s41348-023-00818-5.
  9. Krenz, B., Niehl, A., & Krczal, G. (2024b). Emerging strategies in plant virus disease control: Insights from the 56th meeting of the DPG working group “Viruskrankheiten der Pflanzen”. Journal of Plant Diseases and Protection, 131(6), 1761-1768. doi: 10.1007/s41348-024-00992-0.
  10. Kumar, S., & Maurya, S. (2021). Innovative diagnostic tools for plant pathogenic virus. In Innovative approaches in diagnosis and management of crop diseases (pp. 101-165). New York: Apple Academic Press.
  11. López, M.M., Bertolini, E., Olmos, A., Caruso, P., Gorris, M.T., Llop, P., Penyalver, R. & Cambra, M. (2003). Innovative tools for detection of plant pathogenic viruses and bacteria. International Microbiology, 6, 233-243. doi: 10.1007/s10123-003-0143-y.
  12. Mandal, A., Mukherjee, A., & Bandyopadhyay, R. (2025). plant virus disease management strategies: Conventional versus modern techniques. In Detection and management of new and emerging mystery plant virus sources (pp. 207-238). New York: Apple Academic Press.
  13. Mashika, V.Yu. & Pushkash, L.Yu. (2024). Pathomorphofunctional characteristics of human pathogenic viruses, antiviral immunity and features of the course of acute respiratory virus infections in children. Uzhhorod: Uzhhorod National University.
  14. Olmos, A., Capote, N., Bertolini, E., & Cambra, M. (2007). Molecular diagnostic methods for plant viruses. In Biotechnology and plant disease management (pp. 227-249). Wallingford: CAB International. doi: 10.1079/9781845932886.0227.
  15. Padmanabhan, C., & Jan, F.J. (Eds.). (2025). Innovative strategies for enhancing crop resilience against plant viral diseases. Lausanne: Frontiers Media SA.
  16. Potrokhov, А.О. (2024). Determination of virus resistance of transgenic plants of the family Solanaceae transformed with heterologous genes. (Doctoral dissertation, National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, Ukraine).
  17. Raza, M., Hussain, Z., Abbas, F., Ashraf, M.A., Imene, H.H., & Riaz, T. (2025). Advanced strategies for detection and diagnosis of potato viruses: Harnessing molecular innovations and digital tools for precision agriculture. Hosts and Viruses, 12, 39-46. doi: 10.17582/journal.hv/2025/12.39.46.
  18. Rithesh, L., Paul, A., Amanthra Keloth, M.R., Jose, S., & Kumar, A. (2025). Detection and identification of plant viruses, viroids, and phytoplasma based on high-throughput molecular approaches. In Molecular and biotechnological tools for plant disease management (pp. 235-256). Singapore: Springer.
  19. Sakthivel, M., Senthilkumar, S., Elangovan, M., & Sathish, K. (2024). Silkworm disease diagnosis: Molecular innovations in sericulture. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/387855261_Silkworm_Disease_Diagnosis_Molecular_Innovations_in_Sericulture.
  20. Sharma, S.K., et al. (2021). CRISPR-Cas-Led revolution in diagnosis and management of emerging plant viruses: New avenues toward food and nutritional security. Frontiers in Nutrition, 8, article number 751512. doi: 10.3389/fnut.2021.751512.
  21. Shevchenko, T.P. (2019). Molecular epidemiology of viruses of vegetable crops in Ukraine. Kyiv: Taras Shevchenko National University of Kyiv.
  22. Singh, A., et al. (2025). Conventional and cutting-edge advances in plant virus detection: Emerging trends and techniques. 3 Biotech, 15(4), article number 100. doi: 10.1007/s13205-025-04253-1.   
  23. Soni, A., Kushvaha, R.P., & Snehi, S.K. (2024). Current strategies for management of plant viruses and future perspectives: Enhancing crop health, yield and productivity. Asian Journal of Biochemistry Genetics and Molecular Biology, 16(4), 21-34. doi: 10.9734/ajbgmb/2024/v16i4368.
  24. Tarquini, G., Dall’Ara, M., Ermacora, P., & Ratti, C. (2023). Traditional approaches and emerging biotechnologies in grapevine virology. Viruses, 15(4), article number 826. doi: 10.3390/v15040826.
  25. Tatineni, S., & Hein, G.L. (2023). Plant viruses of agricultural importance: Current and future perspectives of virus disease management strategies. Phytopathology, 113(2), 117-141. doi: 10.1094/PHYTO-05-22-0167-RVW.
  26. Tenllado, F., Llave, C., & Dı́az-Ruı́z, J.R. (2004). RNA interference as a new biotechnological tool for the control of virus diseases in plants. Virus Research, 102(1), 85-96. doi: 10.1016/j.virusres.2004.01.019.
  27. Trippa, D., et al. (2024). Next‐generation methods for early disease detection in crops. Pest Management Science, 80(2), 245-261. doi: 10.1002/ps.7733.
  28. Verma, N.V., et al. (2022). Emerging extraction and diagnostic tools for detection of plant pathogens: Recent trends, challenges, and future scope. ACS Agricultural Science & Technology, 2(5), 858-881. doi: 10.1021/acsagscitech.2c00150.
  29. Voloudakis, A.E., Kaldis, A., & Patil, B.L. (2022). RNA-based vaccination of plants for control of viruses. Annual Review of Virology, 9(1), 521-548. doi: 10.1146/annurev-virology-091919-073708.
  30. Wang, Y.M., Ostendorf, B., Gautam, D., Habili, N., & Pagay, V. (2022). Plant viral disease detection: From molecular diagnosis to optical sensing technology – a multidisciplinary review. Remote Sensing, 14(7), article number 1542. doi: 10.3390/rs14071542.
  31. Yadav, N., & Khurana, S.P. (2016). Plant virus detection and diagnosis: Progress and challenges. In P. Shukla (Ed.), Frontier discoveries and innovations in interdisciplinary microbiology (pp. 97-132). New Delhi: Springer. doi: 10.1007/978-81-322-2610-9_7.