Научный взгляд: как растения предотвращают передачу вирусов потомству

Вирусы растений часто распространяются между странами и континентами посредством торговли семенами. Таким образом, передача вирусов от материнского растения к потомству представляет собой глобальную проблему.

Вирусы могут годами сохраняться в семенах, что делает эту проблему одной из самых важных в сельском хозяйстве.

Когда материнское растение, зараженное вирусом, производит, например, 100 семян, вероятность заражения составляет от 0 до 5% молодых растений. На протяжении многих лет ученые задавались вопросом, как материнским растениям удается не дать вирусу распространиться на все или большинство молодых растений.

Исследователи из Калифорнийского университета в ходе изучения передачи вирусов определили иммунный путь, который предотвращает передачу вируса от родителей к потомству, что также называется вертикальной передачей.

Несколько сотен экземпляров арабидопсиса, небольшого растения из семейства горчичных, были инокулированы вирусом огуречной мозаики. Несмотря на свое название, этот вирус может заражать более 1000 видов растений и вызывать пожелтение, кольцеобразные пятна и различные узоры на поверхности листьев и плодов. Затем исследователи проанализировали растения, чтобы узнать, какие гены делают их и их потомство более устойчивыми к вирусу.

Два гена, о которых известно, что они функционируют только на ранних стадиях развития семян, представляются наиболее важными для этой цели. Эти гены работают по так называемому пути РНК-интерференции.

Генетическая информация в клетках преобразуется из ДНК в РНК, а затем в белки. Иногда двухцепочечную РНК разрезают на более мелкие фрагменты, называемые малыми интерферирующими РНК, или siRNA. Эти фрагменты используются для блокирования производства белков, некоторые из них могут принадлежать проникшему в растение вирусу.

Многие организмы производят siRNA, чтобы контролировать и подавлять вирусные инфекции, вероятно, что причина, по которой растения могут предотвращать заражение семян, заключается в том, что противовирусный путь РНК-интерференции активен, когда семена развиваются в материнских растениях.

Чтобы проверить данную гипотезу, исследователи создали растения, в которых были удалены два ключевых гена пути РНК-интерференции. Эти гены создают ферменты, называемые dicer-like 2 и dicer-like 4, без которых растение не может производить siRNA для подавления вирусных инфекций, а без siRNAs противовирусные иммунные пути не функционируют.

Опытные растения нормально росли и формировали семена. Однако, когда растения, лишенные этих двух ферментов, были заражены вирусом огуречной мозаики, у них появились очень тяжелые симптомы, они сформировали меньше семян, и, что более важно, скорость передачи вируса семенам увеличилась в 10 раз. До 40% новых сеянцев были заражены.

Это первый задокументированный случай, когда было отмечено значительное изменение в передаче инфекции семенам после устранения иммунного пути.

В дальнейшем исследователи планируют изучить возможность снижения уровня передачи вируса, усилением иммунного пути, который они выявили в семенах. Поскольку этот путь широко распространен среди различных организмов, включая беспозвоночных, грибы и млекопитающих, открытие может иметь широкое значение как для профилактики болезней животных, так и для человека.

Изучением карантинных и других особо опасных растительных вирусов занимаются в научных подразделениях Всероссийского центра карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР»). Результатами исследований стали работы по анализу фитосанитарного риска и разработка методических рекомендаций по выявлению и идентификации фитопатогенов. Выявление вирусов в семенном и посадочном материале аккредитованными лабораториями ФГБУ «ВНИИКР» предотвращает риск проникновения патогенов на территорию Российской Федерации.

Источник: Si Liu et al, Antiviral RNA interference inhibits virus vertical transmission in plants, Cell Host & Microbe (2024). DOI: 10.1016/j.chom.2024.08.009