Как растенията предотвратяват предаването на вируси на потомството

Учените са открили как растенията предотвратяват предаването на вируси на тяхното потомство, откритие, което може да доведе до по-здрави култури. Това откритие може също да помогне за намаляване на предаването на болести от майки на деца.

Растителните вируси често могат да се разпространяват от една страна в друга чрез търговията със семена. В резултат на това предаването на болести от родителите на потомството е глобален проблем.

„Вирусите могат да се крият в семената с години, което прави това основен проблем в селското стопанство“, каза Шоу-Уей Динг, изтъкнат професор в катедрата по микробиология и патология на растенията в Калифорнийския университет, Ривърсайд. Дийн е съответният автор на статия за откритието в списанието Cell Host & Microbe.

Когато майчино растение с вирус произведе, например, 100 семена, вероятността от инфекция е само 0 до 5% от разсада. В продължение на един век учените се чудят как „майките“ успяват да спрат разпространението на вируса към всички или повечето от младите растения.

Екипът, ръководен от UCR, искаше да разреши тази мистерия чрез идентифициране на имунния път, който предотвратява предаването на вируса от родител към потомство, наричано още вертикално предаване. Отборът беше успешен. Стратегията, която използваха, и пътя, който идентифицираха, са описани подробно в статията.

Стотици сортове Arabidopsis, малко кръстоцветно растение, са били инокулирани с краставичен мозаечен вирус. Въпреки името си, вирусът може да зарази повече от 1000 вида растения и да причини пожълтяване, пръстеновидни петна и шарки по повърхността на листата и плодовете. След това изследователите анализирали растенията, за да видят кои гени са направили тях и тяхното потомство по-устойчиви на вируса.

Два гена, за които е известно, че функционират само по време на ранните етапи на развитие на семената, изглеждат най-важни за тази цел. Тези гени действат в така наречения път на РНК интерференция.

Генетичната информация в клетките се преобразува от ДНК в РНК и след това в протеини. Понякога двойноверижната РНК се нарязва на по-малки парчета, наречени малка интерферираща РНК или siRNA. Тези фрагменти се използват за блокиране на производството на протеини, някои от които може да идват от нахлуващия вирус.

„Много организми произвеждат siRNA за контролиране и потискане на вирусни инфекции“, обясни Дийн. „Вярваме, че причината, поради която тези растения могат да предотвратят инфекции на семената, е, че антивирусният път на РНК интерференция е активен, докато семената се развиват в майчините растения.“

За да тестват своята хипотеза, изследователите създадоха мутантни растения, в които два ключови гена в пътя на РНК интерференция бяха изтрити. Тези гени създават ензими, наречени dicer-like 2 и dicer-like 4.

„Без тези два ензима растението не може да произведе siRNA за потискане на вирусни инфекции. И без siPHK, антивирусните имунни пътища не функционират“, каза Дийн.

Мутиралите растения растат и произвеждат семена нормално. Въпреки това, когато растенията без тези два ензима бяха заразени с вируса на краставичната мозайка, те развиха много тежки симптоми. Те произвеждат по-малко семена и, което е по-важно, скоростта, с която вирусът се предава на семената, се увеличава десетократно. До 40% от новите разсад бяха заразени.

„Бяхме много развълнувани от този резултат“, каза Дийн. „Това е първият път, когато някой е виждал такава значителна промяна в предаването на семена след елиминиране на имунния път.“

Следващият въпрос, на който изследователите се опитаха да отговорят, беше как въпреки тежкото потискане на имунната система при немутантни растения, вирусите все още могат да заразят малък процент от семената? Те научиха, че това се случва, защото вирусът експресира протеин, който блокира пътя на РНК интерференция в майчините растения.

След това изследователският екип ще тества дали могат допълнително да намалят скоростта на предаване на вируса чрез засилване на имунния път, който са идентифицирали в семената.

Тъй като този път е широко разпространен в различни организми, включително безгръбначни, гъби и бозайници, това откритие може да има широки последици за превенцията на заболявания както при животни, така и при хора.

Изследователите имат предвид специфични човешки вируси, като Zika, докато продължават работата си. Инфекцията Zika по време на бременност може да причини сериозни вродени дефекти, включително микроцефалия и други мозъчни аномалии. Изследователите се надяват да използват наученото, за да намалят скоростта на вертикално предаване на Zika.

„Ние знаем, че вирусът Zika експресира няколко протеина, които блокират пътя на РНК интерференция, така че може да е възможно да се предотврати вертикалното предаване чрез инхибиране на функцията на тези протеини с помощта на нови лекарства.“

Източник: Университет на Калифорния – Ривърсайд