Как растения защищают потомство от вирусов
Учёные выяснили, как растения предотвращают передачу вирусов своему потомству. Это открытие может помочь в создании более здоровых сельскохозяйственных культур, а также снизить риск передачи заболеваний от матери к ребёнку у людей.
Передача болезней от родителя к потомству — глобальная проблема, так как вирусы растений часто распространяются между странами через торговлю семенами.
"Вирусы могут годами скрываться в семенах, что делает эту проблему одной из важнейших в сельском хозяйстве", — отмечает Шоу-Вэй Дин, профессор Калифорнийского университета в Риверсайде и ведущий автор статьи в журнале Cell Host & Microbe.
Когда заражённое вирусом растение-мать производит, например, 100 семян, только от 0 до 5% проростков оказываются инфицированными. Учёные на протяжении века пытались понять, как "матери" блокируют распространение вируса на всё или большую часть потомства.
Команда исследователей решила эту загадку, определив иммунный путь, предотвращающий вертикальную передачу вируса от родителя к потомству. Они протестировали сотни разновидностей растения арабидопсис (семейство капустных), заразив их вирусом огуречной мозаики. Этот вирус способен инфицировать более 1000 видов растений, вызывая пожелтение, кольцевые пятна и узоры на листьях и плодах.
Анализ показал, что ключевую роль в устойчивости к вирусу у растений и их потомства играют два гена, активных только на ранних стадиях развития семени. Эти гены функционируют в рамках пути РНК-интерференции.
Клеточная генетическая информация преобразуется из ДНК в РНК, а затем в белки. Иногда двуцепочечная РНК разрезается на мелкие фрагменты — малые интерферирующие РНК (siRNA). Эти фрагменты блокируют производство белков, в том числе вирусных.
"Мы считаем, что растения могут предотвращать заражение семян благодаря активности противовирусного пути РНК-интерференции во время развития семян в материнском растении", — пояснил Дин.
Для проверки гипотезы учёные создали мутантные растения, у которых были удалены два ключевых гена пути РНК-интерференции, кодирующие ферменты dicer-like 2 и dicer-like 4.
"Без этих двух ферментов растение не может производить siRNA для подавления вирусных инфекций. А без siRNA противовирусные иммунные пути не функционируют", — сказал Дин.
Мутантные растения росли и производили семена нормально. Однако при заражении вирусом огуречной мозаики у них развивались тяжёлые симптомы. Они давали меньше семян, и, что важнее, частота передачи вируса семенам увеличивалась в десять раз — до 40% новых проростков оказывались заражёнными.
"Это первый случай, когда кто-либо наблюдал такое значительное изменение в передаче через семена после устранения иммунного пути", — отметил Дин.
Исследователи также выяснили, почему вирусы всё же могут инфицировать небольшой процент семян даже при активном иммунитете. Оказалось, что вирус экспрессирует белок, который блокирует путь РНК-интерференции в материнских растениях.
В дальнейшем команда планирует проверить, можно ли ещё больше снизить уровень передачи вируса, усилив обнаруженный иммунный путь в семенах.
Поскольку этот путь широко распространён у различных организмов, включая беспозвоночных, грибов и млекопитающих, открытие может иметь значение и для профилактики заболеваний у животных и людей. Учёные рассматривают возможность применения этих знаний для снижения вертикальной передачи вируса Зика, который во время беременности может вызывать серьёзные врождённые дефекты.
"Мы знаем, что вирус Зика экспрессирует несколько белков, блокирующих путь РНК-интерференции. Поэтому, возможно, предотвратить вертикальную передачу можно, подавив функцию этих белков с помощью новых лекарств", — заключил Дин.