Biotechnological aspects of the molecular diagnosis of cereal crop viruses

Abstract

The annual decline in cereal crop yields across many regions of the world due to pathogens such as Barley Yellow Dwarf Virus (BYDV), Wheat Streak Mosaic Virus (WSMV), and Soil-borne Cereal Mosaic Virus (SBCMV) underscores the importance of studying their spread and control. The aim of this study was to identify patterns in the distribution of viral infections affecting cereal crops in Ukraine and Azerbaijan. The research utilised reverse transcription followed by polymerase chain reaction (RT-PCR) and loop-mediated isothermal amplification (LAMP) to detect viruses in cereal crop samples. Results revealed a high infection rate in both countries (51.1% in Ukraine and approximately 51% in Azerbaijan), with BYDV being the dominant virus. Regional differences were identified: in Ukraine's forest-steppe zone, BYDV was most prevalent (41.5%), while in the steppe zone, WSMV was more frequently detected (25.9%). In Azerbaijan, BYDV prevalence was lower (≤ 18.7%), but the frequency of SBCMV was higher (up to 20.4%). Co-infections were found in 26.1% of infected samples in Ukraine and 18.9% in Azerbaijan, with 23.7% of asymptomatic plants in Ukraine and 18.5% in Azerbaijan testing positive for viral material. The LAMP method proved effective for rapid field diagnostics, demonstrating 100% specificity and over 82% sensitivity. The findings highlighted the need for regionally adapted strategies to control viral diseases in cereal crops. The practical value of this work lies in the development of recommendations for improving plant monitoring and protection systems, taking local conditions into account, thereby contributing to increased yields and food security in the region.

Щорічне зниження врожайності зернових культур у багатьох регіонах світу через такі патогени, як вірус жовтої карликовості ячменю (BYDV), вірус смугастої мозаїки пшениці (WSMV) та вірус мозаїки зернових культур, що передається через ґрунт (SBCMV), підкреслює важливість вивчення їх поширення та контролю. Метою цього дослідження було виявлення закономірностей поширення вірусних інфекцій, що вражають зернові культури в Україні та Азербайджані. У дослідженні використовували зворотну транскрипцію з подальшою полімеразною ланцюговою реакцією (RT-PCR) та ізотермічну ампліфікацію за допомогою петлі (LAMP) для виявлення вірусів у зразках зернових культур. Результати показали високий рівень інфікування в обох країнах (51,1 % в Україні та приблизно 51 % в Азербайджані), причому домінуючим вірусом був BYDV. Були виявлені регіональні відмінності: в лісостеповій зоні України найпоширенішим був BYDV (41,5 %), тоді як у степовій зоні частіше виявлявся WSMV (25,9 %). В Азербайджані поширеність BYDV була нижчою (≤18,7 %), але частота SBCMV була вищою (до 20,4 %). Коінфекції були виявлені в 26,1 % інфікованих зразків в Україні та 18,9 % в Азербайджані, при цьому 23,7 % безсимптомних рослин в Україні та 18,5 % в Азербайджані дали позитивний результат на вірусний матеріал. Метод LAMP виявився ефективним для швидкої діагностики в польових умовах, продемонструвавши 100 % специфічність і понад 82 % чутливість. Отримані результати підкреслили необхідність розробки регіонально адаптованих стратегій боротьби з вірусними захворюваннями зернових культур. Практична цінність цієї роботи полягає в розробці рекомендацій щодо вдосконалення систем моніторингу та захисту рослин з урахуванням місцевих умов, що сприятиме підвищенню врожайності та продовольчої безпеки в регіоні.