Ученые выяснили, как растения не дают вирусам передаваться потомству

Фото из открытых источников

Ученые узнали, как растения не дают вирусам передаваться потомству, и это открытие может обеспечить более здоровые урожаи. Это открытие также может помочь сократить передачу болезней от матерей к детям. Статья об открытии была опубликована в журнале Cell Host & Microbe.

Вирусы растений часто способны распространяться из одной страны в другую через торговлю семенами. В результате передача болезней от родителей к потомству вызывает глобальную озабоченность.

«Вирусы могут годами скрываться в семенах, что делает это одной из важнейших проблем в сельском хозяйстве», — сказал автор исследования профессор Шоу-Вэй Дин.

Когда материнское растение с вирусом производит, например, 100 семян, вероятность заражения составляет всего от 0 до 5% сеянцев. На протяжении столетия ученые задавались вопросом, как «матери» способны остановить распространение вируса на все или большинство молодых растений.

Команда под руководством UCR хотела разгадать эту загадку, определив иммунный путь, который предотвращает передачу вируса от родителя к потомству, также называемую вертикальной передачей. Команда добилась успеха. Стратегия, которую они использовали, и путь, который они идентифицировали, подробно описаны в статье.

Сотни сортов Arabidopsis, небольшого растения семейства крестоцветных, были инокулированы вирусом огуречной мозаики. Несмотря на свое название, вирус может инфицировать более 1000 видов растений и вызывать пожелтение, кольцевые пятна и появление узоров на поверхности листьев и плодов. Затем исследователи проанализировали растения, чтобы узнать, какие гены делают их и их потомство более устойчивыми к вирусу.

Два гена, оба из которых, как известно, функционируют только на ранних стадиях развития семян, по-видимому, наиболее важны для этой цели. Эти гены работают в так называемом пути РНК-интерференции.

Генетическая информация в клетках преобразуется из ДНК в РНК, а затем в белки. Иногда двухцепочечная РНК разрезается на более мелкие фрагменты, называемые малыми интерферирующими РНК, или siRNA. Эти фрагменты используются для блокирования производства белков, некоторые из которых могут исходить от вторгающегося вируса.

«Многие организмы вырабатывают siRNA для контроля и подавления вирусных инфекций», — пояснил Дин. «Мы считаем, что причина, по которой эти растения могут предотвращать инфекции семян, заключается в том, что противовирусный путь РНК-интерференции активен, когда семена развиваются в материнских растениях».

Для проверки своей гипотезы ученые создали мутантные растения, в которых были удалены два ключевых гена пути РНК-интерференции. Эти гены создают ферменты, называемые dicer-like 2 и dicer-like 4.

«Без этих двух ферментов растение не может вырабатывать siRNA для подавления вирусных инфекций. А без siRNA противовирусные иммунные пути не функционируют», — сказал Дин.

Мутантные растения росли и давали семена нормально. Однако, когда растения, лишенные этих двух ферментов, были инфицированы вирусом огуречной мозаики, у них появились очень серьезные симптомы. Они дали меньше семян, и, что еще важнее, скорость передачи вируса семенам увеличилась в десять раз. До 40% новых саженцев были инфицированы.

«Мы были очень взволнованы этим результатом», — сказал Дин. «Это первый раз, когда кто-либо увидел столь существенное изменение в передаче семян после устранения иммунного пути».

Следующий вопрос, на который исследователи попытались ответить, заключался в том, как, несмотря на сильное подавление иммунитета у немутантных растений, вирусы все равно могут заражать небольшой процент семян? Они узнали, что это происходит потому, что вирус экспрессирует белок, блокирующий путь РНК-интерференции в материнских растениях.

В дальнейшем исследовательская группа проверит, смогут ли они еще больше снизить скорость передачи вируса, усилив иммунный путь, который они выявили в семенах.

Поскольку этот путь широко распространен среди множества организмов, включая беспозвоночных, грибы и млекопитающих, это открытие может иметь широкие последствия для профилактики заболеваний как животных, так и человека.

Исследователи имеют в виду определенные человеческие вирусы, такие как Зика, продолжая свою работу. Инфекция Зика во время беременности может вызвать серьезные врожденные дефекты, включая микроцефалию и другие аномалии мозга. Исследователи надеются использовать полученные знания для снижения скорости вертикальной передачи Зика.

«Мы знаем, что вирус Зика экспрессирует несколько белков, которые блокируют путь РНК-интерференции, поэтому, возможно, удастся предотвратить вертикальную передачу, подавляя функцию этих белков с помощью новых препаратов», - резюмировали авторы исследования.