Растительные вирусы захватывают защитную систему растений, но есть способ дать отпор
Многие болезни, вызываемые распространенными растительными вирусами, снижают урожай важных продовольственных культур. В худшем случае вирусы картофеля, среди прочих, могут уничтожить до 80% урожая на зараженных полях.
Растения не полностью беззащитны перед вирусами, хотя у них нет иммунной системы, как у человека. Для растительных клеток основным защитным механизмом против вирусных инфекций является геневое сайленсинг (подавление экспрессии генов). Используя этот механизм, клетки растения идентифицируют чужеродный генетический материал вируса и разрезают его на мелкие фрагменты.
"В свою очередь, эти фрагменты генома направляют белки растительной клетки на идентификацию и уничтожение вирусных геномов. В результате производство вирусных белков прекращается, что интерпретируется как 'заглушение' вирусных генов. Успешный защитный ответ предотвращает распространение вируса в растении", — говорит доцент Кристиина Мякинен с факультета сельского и лесного хозяйства Хельсинкского университета.
Вирусы могут захватывать защитную систему растения
В то же время вирусы также имеют средства для сопротивления и подрыва защитных механизмов растения-хозяина. Исследовательская группа по фитовирусологии под руководством Мякинен изучает взаимодействие между вирусом А картофеля и белками растения-хозяина. Особый интерес для группы представляет один вирусный белок, поскольку он направлен против защитной системы растения.
"Этот белок способен не только блокировать геневое сайленсинг, но и использовать факторы, участвующие в этом процессе, для обслуживания как собственной репликации вируса, так и формирования новых вирусных частиц. Другими словами, вирус, по сути, заставляет защитную систему растения работать против своей первоначальной цели, на пользу патогену".
Роль генов в устойчивости — необходимы современные методы селекции
Исследования естественно устойчивых к вирусам растений показали, что их устойчивость часто основана на мутациях в геноме растения, которые блокируют взаимодействие между вирусными и растительными белками. Для использования этих мутаций в селекции растений научный сотрудник Майя Поллари считает необходимым начать применять современные методы селекции.
"Например, техника CRISPR/Cas9, только что удостоенная Нобелевской премии по химии, позволяет точно нацелить противовирусные мутации в определенное место генома растения. Это большой шаг вперед по сравнению с традиционной селекцией растений, которая полагается на использование мутагенных химикатов и радиоактивного излучения", — добавляет Поллари.
Взаимодействия между растительными и вирусными белками, обнаруженные исследовательской группой Кристиины Мякинен, предлагают новые цели для выведения устойчивости к вирусу картофеля у растений-хозяев. Цель исследователей — идентифицировать компонент в растительных белках, через который они вступают в контакт с вирусными белками.
"Когда белки модифицированы так, что взаимодействие блокируется, механизм генного сайленсинга растения может снова получить преимущество над вирусом. Устойчивые к вирусам сорта, используемые в культивации, снижают потери от вирусных болезней и, как следствие, повышают урожайность. Более того, вероятно, снижается химическая нагрузка на окружающую среду, так как уменьшается количество химикатов, используемых для борьбы с тлей", — отмечает Кристиина Мякинен.