Исследование вирусной инфекции: разные эффекты на растения и насекомых
Вирус пятнистого увядания томатов может быть смертельным для многих важных сельскохозяйственных растений, но почти не влияет на мелких насекомых-хозяев. Исследование патолога растений из Университета штата Канзас и двух студентов изучает причины этого феномена.
Дорит Ротенберг, доцент-исследователь в области патологии растений, изучает это явление с конца 2006 года. В исследовании ей помогают аспирант Дерек Шневайс и студент второго курса Джошуа Эймс, присоединившийся к проекту летом 2011 года.
Фокус на западном цветочном трипсе
Объект исследования — западный цветочный трипс, мелкое насекомое, являющееся основным переносчиком (вектором) вируса пятнистого увядания томатов. Любое зараженное растение должно быть удалено или уничтожено для предотвращения распространения вируса.
"Вектор приобретает вирус от зараженных растений, а затем перемещает его от растения к растению через посевные площади и теплицы, — говорит Ротенберг. — Поэтому нам очень важно понять базовую биологию того, как именно этот вектор приобретает и реплицирует вирус внутри своих тканей, не вызывая у себя болезни".
Механизм персистентной инфекции
Вирус пятнистого увядания томатов классифицируется как персистентно-пролиферативный, что позволяет ему реплицироваться как внутри растения, так и внутри насекомого. Трипс распространяет болезнь, питаясь на поверхности листьев. Вирус попадает через пищеварительный тракт насекомого, а затем реплицируется внутри эпителиальных клеток, которые поглощают питательные вещества.
Вместо того чтобы навредить насекомому, как это происходит с растением, вирус и насекомое, по-видимому, совместно эволюционировали таким образом, что инфекция не приводит к заболеванию. В конечном итоге вирус попадает в слюнные железы насекомого, откуда может передаваться другим растениям.
Молекулярные основы устойчивости насекомого
Один из аспектов проекта — понимание молекулярной основы того, как насекомое способно регулировать инфекцию. Эймс изучает подмножество генов насекомого, которые, как известно, участвуют в защите от инфекции.
"Мы первые, кто охарактеризовал эти гены у западного цветочного трипса, — отмечает Ротенберг. — Мы обнаружили несколько различных генов, участвующих во врожденном иммунитете насекомых — системе защиты, которая быстро реагирует на вторжение патогена, чтобы ограничить ущерб от инфекции".
Исследователи также изучают транскриптом трипса — совокупность молекул РНК. Белки, кодируемые молекулами РНК у других насекомых, дают подсказки о функционировании генов трипса и о том, играют ли определенные гены роль в защите от болезней. Эймс измеряет экспрессию этих генов в ответ на вирус пятнистого увядания томатов на разных стадиях развития трипса.
"Мы полагаем, что если мы сможем отслеживать и количественно определять уровни экспрессии этих генов, то, возможно, сможем определить, активны ли продукты этих генов против вируса", — говорит Ротенберг.
Геномный прорыв
В ноябре 2011 года инициатива i5k — международные усилия по секвенированию геномов 5000 членистоногих — объявила, что западный цветочный трипс был выбран одним из 50 лучших видов для секвенирования в следующем году. Секвенирование будет проведено бесплатно в Центре секвенирования генома человека в Медицинском колледже Бейлора. Выбор был основан на исследованиях Ротенберг.
"Университет штата Канзас становится известным благодаря этому конкретному насекомому и его геному, — говорит она. — Это действительно важно для нас, потому что трипс наносит огромные экономические потери урожаям как прямой вредитель и как переносчик основного патогена растений, для борьбы с которым существует очень ограниченное количество стратегий".
В настоящее время Эймс и Шневайс вносят свой вклад в исследования по идентификации генов-мишеней для контроля численности трипса. Проект финансировался грантом на целевое совершенствование через Центр геномики членистоногих университета.