Создание устойчивых к вирусам растений с помощью искусственных ДНК-связывающих белков
Для решения глобального продовольственного кризиса важно предотвращать распространение инфекций растительными вирусами, которые поражают множество сельскохозяйственных культур и значительно снижают урожайность. Например, геминивирус, образующий большое семейство среди ДНК-вирусов, нанес ущерб кассаве, основному продукту питания в Африке, на сумму свыше 200 млрд иен. Существует спрос на эффективные методы предотвращения такого ущерба.
Возможным решением является использование коммерчески доступных устойчивых к вирусам сельхозкультур, созданных селекцией. Однако такие культуры становятся новым источником инфекции, так как невозможно полностью элиминировать из них вирус. Поэтому ученые продолжают искать долгосрочные решения.
Такаси Сера и коллеги из Университета Окаямы разработали новый метод предотвращения инфекции ДНК-вирусами. Он основан на идее, что можно предотвратить развитие симптомов вирусной инфекции, если остановить размножение вируса, даже если он проник в растение-хозяин.
Этот подход предотвращает инфекцию, ингибируя связывание репликационного белка (Rep) с его сайтом начала репликации. Для этого используется искусственный ДНК-связывающий белок, способный прочно связываться с целевой последовательностью ДНК.
Для демонстрации эффективности метода исследователи использовали экспериментальное растение Arabidopsis и ДНК-вирус BSCTV (beet severe curly top virus). BSCTV был выбран, так как известно, что он сильно инфицирует и убивает многие растения, включая Arabidopsis.
На основе этого метода ученые создали искусственный ДНК-связывающий белок, который связывается в 1000 раз прочнее, чем Rep BSCTV, и эффективно ингибирует связывание Rep. Трансгенные растения Arabidopsis thaliana, экспрессирующие этот белок, не показали вообще никаких симптомов инфекции даже после инокуляции BSCTV. Более того, вирусная ДНК не была обнаружена в трансгенных растениях. То есть, этот метод не только предотвращает развитие вирусной инфекции у целевых растений, но и дает им иммунитет (а не просто устойчивость).
С момента ранних экспериментов группа из Окаямы успешно продемонстрировала эффективность этого метода для овощей. «Наша новая задача — применить этот метод к злаковым, — говорит Сера. — С целью создания устойчивой к вирусам пшеницы мы создали искусственный ДНК-связывающий белок для пшеницы (обозначенный "Wheat_AZP"). В настоящее время мы проводим перенос гена в пшеницу, чтобы в ближайшем будущем продемонстрировать эффективность этого метода для злаковых».