Вирусные инфекции составляют почти половину известных фитопатогенов и обходятся производителям примерно в 30 миллиардов долларов в год по всему миру. Десятилетиями ученые изучали, как растения защищают себя от вирусов и как усилить защитную систему растений. Чтобы прояснить ключевые компоненты этой системы, исследователи Техасского университета A&M AgriLife разработали инновационный подход, который использует модифицированный вирус кустистой карликовости томата (TBSV) для имитации инфекции и одновременно выступает в качестве сенсора реакции устойчивости растения.
Группа фитопатологов из Texas A&M AgriLife Research разработала удивительно простой подход к изучению сложных взаимодействий между растениями и вирусами. Они надеются, что этот прорыв ускорит и облегчит повышение устойчивости растений, а также прольет свет на эволюционную гонку вооружений между растениями и их вирусами, пишет Эшли Варго в релизе университета.
Герман Шолтхоф, доктор философии, почетный профессор кафедры фитопатологии и микробиологии Техасского колледжа сельского хозяйства и естественных наук A&M, руководил исследованием, опубликованным в PNAS Nexus, демонстрирующим новый подход - последняя научная работа в его карьере исследователя в области вирусологии растений.
В своей новой методике исследователи использовали трехэтапный подход: заражение, блокировка, обнаружение.
Сначала они смоделировали инфекцию в растениях, используя модифицированный вирус кустистой карликовости томата, который экспрессирует зеленый флуоресцентный белок. Флуоресцентный белок важен, поскольку он дает ученым возможность легко увидеть, способен ли вирус беспрепятственно размножаться. Затем определенные части пути подавления РНК растения, его защитной системы от вирусной инфекции, были дезактивированы с помощью материалов для редактирования генов, доставленных тем же вирусом. Наконец, исследователи проверили накопление вируса в растении, что сообщило команде, были ли целевые, инактивированные гены критически важными для предотвращения репликации вируса или нет.
Наблюдая, где и в каком количестве возникало зеленое свечение (визуальный сигнал, который ученым было легко измерить), исследователи смогли определить, работает ли защитный механизм растения или нет.
Если бы защита растения была активна и реагировала на вирусную инфекцию, то было бы небольшое накопление вируса или зеленая флуоресценция. Но если защита растения не активна, потому что один или несколько важных генов, необходимых для остановки вируса, были выбраны и подавлены, лист растения светится флуоресцентным зеленым цветом по мере размножения вируса.
Используя этот подход, сказал Шолтхоф, команда смогла нацелиться на несколько ключевых генов в пути РНК-сайленсинга и определить те, которые необходимы для предотвращения репликации вируса. Они также смогли подтвердить свои предыдущие выводы о том, что некоторые обычно упускаемые из виду гены имеют решающее значение для защиты растений от вирусов.
Гипотеза и подход. Фото: PNAS Nexus (2023). DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad436.
Шолтхоф сказал, что считает данное исследование доказательством концепции, демонстрирующим новый метод быстрого скрининга генов растений, участвующих в противовирусной защите. Доставляя систему редактирования генов непосредственно в клетки растений с помощью вирусного вектора, этот процесс избегает аспектов, требующих много времени, как другие методы.
«Это значительный шаг вперед в понимании сложных взаимодействий растений и вирусов и в конечном итоге может способствовать повышению устойчивости сельского хозяйства, поскольку вирус кустистой карликовости томата имеет широкий круг хозяев», - сказал он.
Шолтхоф проработал профессором и исследователем в Texas A&M AgriLife почти 30 лет. Он сказал, что это последнее исследование стало идеальным способом завершить его карьеру, поскольку объединило многие из областей, к которым он возвращался на протяжении многих лет, такие как РНК-сайленсинг и вирусные генные векторы.
Значительная часть исследования была проделана Эйприл ДеМелл, первым автором исследования и бывшим аспирантом в лаборатории Шолтхофа.
«Меня окружали очень талантливые люди - технические специалисты, студенты и аспиранты, исследователи-постдокторанты и приглашенные ученые, которые отвечали за выполнение большей части работы в лаборатории, отметил Шолтхоф. - Обучение людей, которые затем продвигаются вперед и добиваются успеха, - один из самых полезных аспектов этой профессии».
Шолтхоф и его жена, Карен-Бет Шолтхоф, почетный профессор кафедры фитопатологии, оба вышли на пенсию в июле и недавно переехали в Колорадо. Но никто из них не отказался от просвещения мира в области фитопатологии.
Вместо этого Шолтхоф начинает новую главу - как в прямом, так и в переносном смысле - в форме книги, цель которой пролить свет на увлекательный мир вирусологии и познакомить следующее поколение с ее чудесами и возможностями применения.
«После преподавания вирусологии растений более 30 лет, это больше, чем просто предмет, который вы преподаете. Вы находите примеры, аналогии, объяснения, которые другие люди не находят. Так что, кто знает? Может быть, другим это тоже покажется интересным. Я с нетерпением жду возможности поделиться тем, что мы узнали о вирусах, и увидеть, что ждет область, которой я посвятил свою карьеру», заключил ученый.
Источник: Texas A&M University. Автор: Эшли Варго.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.