Генетика хозяина определяет состав вирусных сообществ
Растения могут быть заражены несколькими вирусами одновременно. Однако состав сообщества патогенов различается даже у особей одного вида и одной популяции. Экологи из Цюрихского университета показали, что эти различия в первую очередь обусловлены генетической вариацией среди хозяев. Потеря генетического разнообразия может сделать виды более уязвимыми к инфекциям и вымиранию.
Важна комбинация патогенов
Известно, что генетические различия могут повышать устойчивость животных или растений к конкретному вирусу. Однако всё чаще становится ясно, что большинство организмов являются носителями не одного патогена, а сложных сообществ из разных микробов. Учёт этого разнообразия инфекций необходим для понимания и прогнозирования динамики заболеваний и затрат хозяина на инфекцию. Например, первый прибывший патоген может обеспечить устойчивость ко второму. Но о факторах, формирующих состав вирусных сообществ, известно мало.
Профессор Анна-Лииса Лайне и её исследовательская группа из университетов Цюриха и Хельсинки показали, что генетические различия оказывают большое влияние на разнообразие вирусного сообщества, которое поддерживает каждая особь. Это говорит о том, что истощение генетического разнообразия внутри вида может иметь серьёзные последствия для риска вирусной инфекции.
Идентичные растения в разных средах
Для исследования команда использовала обычный сорняк Plantago lanceolata (подорожник ланцетолистный). Особи этого растения можно клонировать вегетативно, получая генетически идентичное потомство. Таким методом исследователи создали по 80 клонов от четырёх разных генетических вариантов подорожника и разместили их среди естественных популяций этого растения в четырёх локациях на Аландских островах в Балтийском море. Клонированные растения подверглись вирусным атакам в естественных условиях. Этот подход позволил строго проверить роль генетики.
Через две и семь недель исследователи собрали листья и определили, какими из пяти часто встречающихся растительных вирусов были заражены клоны. Они обнаружили, что около двух третей растений были инфицированы хотя бы одним вирусом, а почти четверть из них — несколькими вирусами одновременно. Всего было обнаружено 17 различных комбинаций — от двух до пяти вирусов на растение.
Наследственные факторы наиболее значимы
Сложное статистическое моделирование позволило оценить, насколько сильно различные факторы — генетика, местоположение, размер растения, повреждение травоядными и взаимодействие между вирусами — влияли на состав вирусных сообществ. Результаты показали, что генетические различия хозяина объясняют большую часть наблюдаемой вариации. Другим важным фактором была локальная среда, тогда как другие, такие как размер растения и травоядные, показали лишь незначительные эффекты.
«Это впервые демонстрирует, что генетические различия, скорее всего в генах иммунитета, критически важны для того, как эти разнообразные сообщества патогенов формируются внутри хозяев», — говорит Лайне.
Генетическое разнообразие делает виды сильнее
Результаты подчёркивают важность генетического разнообразия внутри видов. Его потеря делает виды гораздо более восприимчивыми к вирусным инфекциям, что имеет далеко идущие последствия для биоразнообразия. Генетическое разнообразие естественных популяций уже сокращается из-за разрушения человеком природных местообитаний.
По словам Лайне, эти выводы также могут быть применены в сельском хозяйстве для повышения устойчивости культурных растений к патогенам: «Внедрение генетического разнообразия в сельскохозяйственные системы должно быть принято как устойчивое средство контроля заболеваний. Речь идёт не об отдельных вредителях, а о целых сообществах патогенов».