Вирусы представляют угрозу для всех организмов, включая растения. Однако небольшая группа растительных стволовых клеток успешно защищается от инфекции, что открывает потенциально новый путь в защите культур.
Марко Инкарбоне, сейчас работающий в Институт молекулярной физиологии растений им. Макса Планка, Габриэле Брадаманте и их соавторы из Института молекулярной биологии растений Грегора Менделя обнаружили, что салициловая кислота и интерференция РНК опосредуют противовирусный иммунитет стволовых клеток растений. Результаты были опубликованы в журнале PNAS 12 октября.
Вирусные болезни растений могут быстро распространяться по всему миру, чем ставят под угрозу продовольственную безопасность. При заражении вирусом, инфекция часто распространяется по всему организму, однако, одна небольшая группа неукротимых клеток все еще существует - стволовые клетки внутри кончика побега. Эта небольшая группа клеток генерирует все надземные растительные ткани, включая производство семян для следующих поколений, и по причинам, до сих пор плохо понятным, вирусы не могут размножаться в этих клетках.
Чтобы понять сильную противовирусную защиту этой особой группы клеток, Инкарбоне, Брадаманте и коллеги сначала создали платформу для скрининга. «Мы разработали высокопроизводительные методы микроскопии, которые позволили нам изучить множество меристем модельного растения арабидопсиса в несколько моментов времени после вирусной инфекции, чтобы придать нашим исследованиям временное измерение», - объясняет Инкарбоне.
Используя динамический, полуколичественный подход, ученые заметили, что вирус мозаики репы (TuMV), поражающий семейство крестоцветных, распространяется в их модельном растении Arabidopsis thaliana, достигает стволовых клеток внутри кончика побега и даже проникает в эти клетки, но потом быстро исчезает. «Удивительно, но эти клетки действительно хорошо вытесняют вирус», пишут авторы.
Предыдущие исследования дали ключ к разгадке: РНК-интерференция - путь, который ингибирует пролиферацию вируса у растений и многих животных - играет роль в исключении вируса из растений. Поэтому в поисках молекулярных основ защиты исследователи проверили мутантные растения Arabidopsis, у которых отсутствуют определенные компоненты пути РНК-интерференции. Кроме того, они изучали растения с дефицитом салициловой кислоты, ключевого защитного гормона растений.
Благодаря серии целенаправленных экспериментов ученым удалось увидеть и подтвердить, что во время заражения вирусом активируется выработка салициловой кислоты. «Растение распознает вирус и подает салициловую кислоту как сигнал тревоги», поясняют они. Салициловая кислота, в свою очередь, активирует ключевой фактор усиления РНК-интерференции, называемый RDR1. RDR1 увеличивает выработку двухцепочечной РНК из вирусной РНК, предоставляя растениям больше вирус-специфичных последовательностей для управления защитным механизмом против вторгшегося вируса.
«В борьбе с вирусом мозаики репы как салициловая кислота, так и RDR1 необходимы для изгнания вируса из стволовых клеток, однако RDR1 вырабатывается не внутри самих стволовых клеток, а в ткани под стволовыми клетками и в сосудистой сети, - добавляет Инкарбоне. - Там он генерирует основанную на РНК и, скорее всего, мобильную информацию, которая иммунизирует стволовые клетки от входящего вируса. Хотя мы знаем, что инфекция вызывает общее увеличение салициловой кислоты, мы еще не знаем, где именно в растении и в какое время во время заражения такое случается. Сейчас пытаемся решить эту загадку».
Но каждый вирус индивидуален. При борьбе с другими вирусами салициловая кислота и RDR1 активируются, но не обязательно. «Однако на основании наших экспериментов с другими вирусами мы можем сделать вывод, что РНК-интерференция всегда необходима для защиты стволовых клеток от инфекции», - заметил исследователь. Теперь он хочет понять, как остановить попадание вирусов и разработать способ практического применения открытия.
(Источник: Институт молекулярной биологии Грегора Менделя (GMI). Автор: Софи Фессл. Фото: Габриэле Брадаманте/GMI. На фото вы видите микроскопическое изображение вируса мозаики репы (желтого цвета), поражающего кончик побега арабидопсиса. Слева: вирус распространяется по всему побегу, но исключен из небольшой популяции стволовых клеток. Справа: когда RDR1 отсутствует, вирус также заражает стволовые клетки).
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.
