Вирусы манипулируют иммунитетом растений, чтобы способствовать распространению болезни

Арбовирусы, передаваемые членистоногими, вызывают пандемические заболевания у людей, животных и сельскохозяйственных культур. К ним относятся вирус Зика и геминивирус маниоки. Эти патогены часто изменяют характеристики хозяина, чтобы напрямую или косвенно влиять на поведение членистоногих-переносчиков или взаимодействия хозяина и фитофагов, облегчая передачу болезни.

Хотя известно, что заражённые патогеном растения могут улучшать жизнеспособность насекомых-переносчиков, вопрос о влиянии патогенов на насекомых, не являющихся переносчиками, оставался малоизученным.

В исследовании, опубликованном в Science Advances, группа учёных под руководством профессора Е Цзяня из Института микробиологии Китайской академии наук обнаружила, что вирусы мобилизуют иммунитет растений, чтобы отпугивать насекомых-фитофагов, не являющихся переносчиками. Они раскрыли механизм, который используют бегомивирусы (крупнейший род растительных вирусов в мире) для изменения иммунной системы растения-хозяина. Это открытие может способствовать разработке биологических методов контроля болезней, передаваемых переносчиками.

В отличие от вирусов животных, передача растительных вирусов сильнее зависит от насекомых-переносчиков из-за неподвижности хозяина. Из 1320 известных растительных вирусов почти 80% передаются насекомыми-переносчиками. В настоящее время контроль вирусных болезней растений почти полностью зависит от химических пестицидов, что влечёт огромные экологические и экономические издержки.

Команда профессора Е сосредоточилась на геминивирусе и буньявирусе — двух типах арбовирусов, вызывающих множество опасных болезней сельскохозяйственных культур в развивающихся странах. Оба вируса способны манипулировать растением-хозяином, чтобы привлекать своих насекомых-переносчиков, подавляя запаховые сигналы хозяина, и тем самым способствовать передаче патогена между растениями. Соответствующие исследования были опубликованы в The Plant Cell и PLOS Pathogens.

Белокрылки (Bemisia tabaci) — единственные известные сельскохозяйственные супер-переносчики патогенов и одновременно крупные инвазивные вредители. Они могут передавать более 500 растительных вирусов, включая многие виды геминивирусов, которые за последнее десятилетие стали одними из самых разрушительных патогенов, особенно в тропиках и субтропиках.

Учёные обнаружили, что инфекция геминивирусом захватывает функцию растительного белка WRKY20, что резко снижает накопление специализированных метаболитов, таких как инсектицидные глюкозинолаты, в сосудистых тканях, которыми питаются вирус и белокрылка. Это облегчает жизнь и вирусу, и белокрылке. При этом инфекция перераспределяет инсектицидные метаболиты растения между разными типами клеток, вызывая повышение уровня глюкозинолатов в несосудистых тканях листа, например, в клетках мезофилла.

Хлопковые совки неохотно питаются растениями, заражёнными геминивирусом. Подавляющий эффект на совок из-за инфекции был так же хорош, как у широко используемого коммерческого трансгенного сорта хлопчатника, продуцирующего инсектицидные токсины Bacillus thuringiensis (Bt). Не только грызущие вредители, но и сосущие насекомые, такие как тли, сильно угнетаются на заражённых растениях. Питание тлей может активировать выработку салициловой кислоты (похожей на аспирин), которая, в свою очередь, подавляет рост тлей и производство потомства.

Эти результаты демонстрируют, как геминивирус способствует своему переносчику и отпугивает не являющихся переносчиками конкурентов в растительном сообществе, частично объясняя его глобальный успех.

В Африке и Южной Азии вирус курчавости листьев хлопчатника (геминивирус) вызывает серьёзное вирусное заболевание хлопчатника, приводя к потере миллионов кип хлопкового волокна ежегодно. За последнее десятилетие этот пандемический геминивирус проник в Юго-Восточную Азию и Китай, быстро распространившись во многих хлопкосеющих провинциях Китая. Это серьёзная проблема для Китая, который производит 30% мирового урожая хлопка и является крупнейшим производителем.

Профессор Е отметил, что критически важно идентифицировать сорта хлопчатника, устойчивые к передаваемому белокрылкой геминивирусу, поскольку большинство сортов с высококачественным волокном чувствительны к этому вирусу. Сейчас команда создаёт новые устойчивые сорта с помощью технологии редактирования генома, чтобы обеспечить производство высококачественного хлопкового волокна.