Вирусы растений могут менять наш мир
Вирусы — самые многочисленные формы жизни на Земле, занимающие все биологические ниши. Хотя они традиционно рассматриваются как патогены, последние достижения в вирусологии показывают, что их роль в экосистемах гораздо сложнее и значительнее.
В новом обзоре в журнале Nature Reviews Microbiology международная команда исследователей, включая Арвинда Варсани из Института Biodesign Университета штата Аризона, исследует эволюцию и экологию вирусов растений. Они описывают тонкое взаимодействие между тремя компонентами процесса инфекции: самим вирусом, клетками растения-хозяина и переносчиками (векторами). Эта система развивалась около 450 миллионов лет и встроена в более широкие экосистемные связи.
От патогенов к симбионтам
Исследования показывают, что вирусы иногда приносят пользу заражаемым организмам. «До этого люди всегда рассматривали вирусы как болезнетворные агенты», — говорит Варсани. Обзор рассматривает мутуализм и симбиоз, а также случаи, когда эти симбиотические отношения нарушаются.
Методы и масштабы
Растения составляют более 80% биомассы Земли, и вирусы растений оказывают огромное влияние на экосистемы. Они также наносят значительный экономический ущерб, вызывая потери урожая на сумму около $60 млрд ежегодно.
Для изучения вирусного разнообразия исследователи перешли от анализа отдельных частиц к метавиромным методам. Метавиромное секвенирование позволяет собирать и анализировать множество геномов ДНК или РНК из образцов окружающей среды, выявляя огромное количество ранее неизвестных вирусов. Для вирусов растений такие фрагменты часто извлекают из насекомых-переносчиков.
Роль переносчиков
Более 70% известных вирусов растений передаются насекомыми, в основном из отряда Hemiptera (цикады, тли, листоблошки). Передача может происходить:
- Через слюну насекомого после питания на заражённом растении.
- Через постоянную интеграцию вируса в слюнные железы насекомого, что позволяет передавать его в течение всей жизни.
Интересно, что некоторые вирусы, возможно, эволюционировали, чтобы влиять на поведение переносчика, делая заражённые растения более привлекательными для насекомых.
Уникальные стратегии
Некоторые вирусы растений обладают уникальным свойством — мультипартитностью. Их геном разделён на несколько сегментов, каждый из которых упакован в отдельную вирусную частицу. Для успешного заражения нового хозяина необходимо совместное попадание нескольких таких частиц. Эта стратегия, как полагают, уникальна для вирусов растений.
Происхождение и будущее
Происхождение вирусов остаётся загадкой. Существует три основные, не исключающие друг друга гипотезы:
- Регрессивная: вирусы произошли от свободноживущих клеток.
- Гипотеза «бегства»: вирусы возникли из молекул РНК и ДНК, «сбежавших» из клеток.
- Гипотеза коэволюции: вирусы существовали как самореплицирующиеся сущности параллельно с клетками.
Особую озабоченность вызывает влияние деятельности человека. Нарушение экосистем с беспрецедентной скоростью может реформировать отношения «вирус — вектор — хозяин», способствуя появлению новых патогенов с повышенной способностью вызывать заболевания. Понимание тонких взаимосвязей в мире вирусов растений необходимо для будущего здоровья и устойчивости как растений, так и человеческих популяций.