Вирусы растений распространяются на большие расстояние посредством торговли семенами. Вирусы могут годами сохраняться в семенах в латентном состоянии, что делает их одной из важнейших проблем в сельском хозяйстве. Однако вероятность передачи вирусов от материнского растения семенам составляет всего 0–5%.
Ученые Института интегративной биологии генома Калифорнийского университета определили иммунный путь, который предотвращает передачу вируса от родительского растения к потомству (вертикальную передачу).
В ходе исследования растения Arabidopsis семейства крестоцветных были инокулированы вирусом огуречной мозаики. Несмотря на свое название, вирус может инфицировать более 1000 видов растений и вызывать пожелтение, кольцевые пятна и мозаичные узоры на поверхности листьев и плодов.
Для определения, какие гены делают потомство растений более устойчивым к вирусу, зараженные растения были проанализированы. Были определены два гена, функционирующих на ранних стадиях развития семян, которые работают в пути РНК-интерференции.
Генетическая информация в клетках преобразуется из ДНК в РНК, а затем в белки. Иногда двухцепочечная РНК разрезается на более мелкие фрагменты — малые интерферирующие РНК, или siRNA. Эти фрагменты используются для блокировки производства белков, в том числе белков заражающего вируса.
Многие организмы вырабатывают siRNA для контроля и подавления вирусных инфекций. Причина, по которой эти растения могут предотвращать инфекции семян, заключается в том, что путь противовирусной РНК-интерференции активен, когда семена развиваются в материнских растениях.
Для проверки своей гипотезы ученые создали растения, где были удалены два ключевых гена пути РНК-интерференции, без которых растение не может вырабатывать siRNA для подавления вирусных инфекций, а без siRNA противовирусные иммунные пути не функционируют.
Растения росли и давали семена. Однако, когда растения, лишенные этих двух ферментов, были инфицированы вирусом огуречной мозаики, у них появились очень серьезные симптомы. Растения сформировали меньше семян, и, что еще важнее, скорость передачи вируса семенам увеличилась в 10 раз. До 40% новых сеянцев были инфицированы.
Поскольку путь РНК-интерференции широко распространен среди живых организмов, результаты исследования могут способствовать профилактике болезней растений, животных и человека.
Во Всероссийской центре карантина растений (ФГБУ «ВНИИКР» Россельхознадзора) изучают возможность применения механизма РНК-интерференции, в частности использования малых интерферирующих РНК, в качестве инновационного и экологически безопасного инструмента для борьбы с фитопатогенами.
Источник: Si Liu et al, Antiviral RNA interference inhibits virus vertical transmission in plants, Cell Host & Microbe (2024). DOI: 10.1016/j.chom.2024.08.009