Как называются вирусы паразитирующие на растениях

Тема растительных вирусов на самом деле очень серьезна. Ранее, до приобретения зараженного кустика герани, мне не приходилось задумываться о том, что вирусы заселяют все — даже наши огороды на подоконнике. Но наши маленькие трагедии, связанные с потерей одного-двух растений коллекции — ничто, по сравнению с тысячами гектаров урожая, которые могли бы прокормить миллионы людей в самых уязвимых странах.

Моя болеющая герань

Зная природу вирусов растений и шаги предотвращения их распространения, мы сможем не только сохранить растения здоровыми, но и возможно уменьшить эту напасть в масштабах ближайших цветочных магазинов))) а это уже шаг вперед!

Самые опасные вирусы растений

Вирус табачной мозаики (TMV)
Вирус пятнистого увядания томатов (TSWV)
Вирус желтого листа томатов (TYLCV)
Вирус огуречной мозаики (только огурцы)(CMV)
Вирус некротических пятен(INS)
Вирус мозаики цветной капусты (CaMV)
Вирус мозаики африканской кассавы (ACMV)
Вирус сливяной оспы (Шарке) (PPV)
Вирус мозаики костра (BМV)
Картофельный вирус X (PVX)

Не попали в 10-ку вирус цитрусовых, желтая карликовость ячменя, вирус скручивания листьев.

Как выглядит зараженное вирусом растение?

Определить вирусную природу болезни можно по нехарактерным пятнам и полосам на листьях и цветках — это могут быть концентрические круги, прожилки, крапчатость светлого или более темного оттенка, чем здоровый цвет растения, полное пожелтение или побеление листа, деформация цветков и листьев. Есть общепринятое деление вирусов растений на 3 вида: вирусы мозаики, вирусы желтухи и вирусы некротических пятен.

Вирусы мозаики неравномерно окрашивают листья и цветы полосами, пятнами, кольцами. заворачивают и морщинят лист. Растение медленно растет и слабо цветет, на листьях все признаки хлороза.

Желтуха препятствует фотосинтезу растений, поэтому они страдают дефицитом хлорофилла, теряют эластичность, желтеют или бледнеют. Желтуха поражает ксилему и флоэму — транспортную систему растения. Вирус желтухи стимулирует появление большого количества бутонов, из которых зачастую развиваются стерильные деформированные цветки.

Вирус некротических пятен все чаще поражает декоративные растения: африканскую фиалку, цикламен, георгины, пион, петунии, драцену, амариллисы, флоксы, астры, флоксы, мак, азалии, бегонию, примулы, фуксии, шалфей, герберы, гортензии, бальзамин, лилии, настурции и многие другие виды.

Как заболевают растения?

76% из известных вирусов растений передаются насекомыми — парниковыми вредителями, такими как белокрылка, тля, ТРИПСЫ, червецы, клещики. Насекомые подбирают вирус с одного растения, переносят на другое, носят вирус в своей ДНК и передают его личинкам вместе с генетическим материалом.

От трипса несложно избавиться тем же актелликом или актарой, а от вируса, оставленного им на растении, избавиться нельзя. Даже генетически модифицированные устойчивые гибриды в конце концов сдаются — вирус мутирует не менее эффективно, чем работают микробиологи. Вирус распространяется также с семенами, черенкованием, с соком растения, на садовом инструменте.

Вирус мозаики в квартирных условиях семенами и насекомыми разносится редко, в основном виноват инфицированный садовый инструмент, грязные руки (потрогали листочек на больном растении и перенесли микроволокна на другое), любые контактные предметы. На сайте Мичиганского Университета в статье о табачной мозаике есть предостережение даже для курильщиков — контакт с табачными изделиями может привести к инфицированию. Там же я узнала, что вирус табачной мозаики (инфицирующий отнюдь не только табак) выживает в мертвой ткани до 50 лет, отлично зимует.

Как поставить точный диагноз растению?

Диагностировать вирус у растения не просто — симптомы маскируются под грибковые и бактериальные инфекции, и наоборот. Вирус может не проявлять себя какое-то время, но при первом же стрессе растение из носителя превратится в больное. Микробиологи всех развитых стран работают над универсальными быстрыми тестами для определения вида вируса, но цена таких разработок пока не доступна для домашних цветоводов. А учитывая тот факт, что лечения не существует, то и узнать точный диагноз не так уж важно.

Существуют американские тест-полоски, разработанные Мичиганским Университетом, на 4 основных вируса — 4 штамма вируса табачной мозаики, вирус пятнистого увядания томатов, вирус некротической пятнистости. По $14 за 4 полоски. В основном такие вещи производятся для профи в агробизнесе и не универсальны: иммунохроматографические тест-полоски на косточковые, картофель, помидоры.
В надежде найти хоть какую-то информацию о лечении вирусов растений, побывала во всех мыслимых и немыслимых местах всемирной паутины, но так и не нашла того, что искала. На данном этапе предпринимаются все усилия для создания генетически устойчивых к вирусам растений.

Как избежать заражения других растений коллекции?

Скорее всего, описанные ниже меры предосторожности покажутся вам чрезмерными, но в том случае, если растения — это ваш бизнес, не проходите мимо этих рекомендаций. Источник — Американская Ассоциация Орхидеистов и официальный паблик Мичиганского Университета.

Взрослые растения (от 2 до 4 лет) болеют на 61% чаще молодых. Скорее всего, это связано с частотой проводимых манипуляций (пересадки, обрезки, прищипывания, прививки и другое.)
Во время весеннего обновления грунта, пересадок и обрезок работайте сначала с молодыми растениями, затем со старыми.
После каждого растения обязательно мытье рук с мылом или обработка рабочих перчаток отбеливателем. По возможности, отдавайте предпочтение одноразовым перчаткам.
Горшки для пересадки, даже новые из цветочных магазинов, должны дезинфицироваться в растворе хлорки дважды, так как вирусы устойчивы к воздействию любой дезинфекции, кроме стериллизации.
Субстрат ни в коем случае не используется повторно (думаю, с однолеткими типа базилика на это правило можно закрыть глаза…)
Инструмент должен быть продезинфицирован после каждого растения. Для обрезок идеальными будут одноразавые лезвия.
Своевременно обрабатывайте коллекцию фунгицидами и инсектицидами.
Имея большую коллекцию растений, довольно сложно обнаруживать вредителей вовремя. Можно приклеить на горшки кусочки липкой бумаги для ловли мух — белокрылки, трипсы, паутинные клещики и мушки обязательно оставят на липучке свой след. Достаточно одного кусочка ленты на один подоконник. (в оригинальном докладе упоминались специальные липкие карты)
Только что приобретенное растение должно пройти карантин, от 2 до 4 недель — за это время может проявиться болезнь или вредитель, а у вас будет возможность справиться с проблемой не рискуя всей коллекцией.
Черенкование от инфицированного растения исключено. Даже если на молодых побегах не заметна работа вируса — он там есть.
Покупая растение обратите внимание на остальные экземпляры. Если вы заметите больные растения, воздержитесь от покупки.
Если вы подозреваете, что ваше растение инфицировано, его рекомендуют незамедлительно уничтожить. Но я бы сначала исключила грибок, одноклеточных и насекомых, обработав фунгицидом и инсектицидом, обеспечив карантин растению.
Существуют фунгициды с профилактическим противовирусным действием (по крайней мере, об этом заявляют в рекламе продукта). В основном это препараты на органике (биофунгициды), с классом опасности 3,4.

Недавно австралийские ученые обнаружили интересный вирус. Он паразитирует не в клетках растений, животных или бактерий, а в организмах… других вирусов. Подобное явление называется сверхпаразитизм. Любопытно, что этот сверхпаразит обитает в антарктических озерах. И, судя по всему, играет значительную роль в местных экосистемах.

В Антарктиде, как известно, жить достаточно тяжело. Низкие температуры, обилие льда и снега (то есть воды, находящейся в недоступной для живых существ форме) препятствуют созданию нормальных экосистем, в основе которых лежат растительные сообщества. Поэтому жизнь на Ледовом континенте ютится лишь на маленьких "островках", где условия чуть менее экстремальные, чем в окрестностях. Типичными примерами подобных островков являются многочисленные озера.

Недавно группа ученых из Австралии, исследуя геномы микроскопических обитателей озера Organic Lake (Органическое озеро), которое находится на востоке Антарктиды, обнаружили там присутствие так называемых фикоднавирусов. Эти гиганты среди вирусов (диаметр их белковой оболочки-капсида может составлять до 800 нанометров!) обычно паразитируют в одноклеточных водорослях. Каково же было удивление ученых, когда, расшифровав геномы этих водорослевых "нахлебников", они обнаружили, что в их ДНК находятся последовательности, которые принадлежат совсем другому вирусу! Получается, что он является как бы паразитом паразита (ученые называют такое явление "сверхпаразитизмом").

Данная чужеродная ДНК весьма напоминает таковую, характерную для вируса Sputnik, который был открыт французскими учеными еще в 2003 году. Этот сверхпаразит, как правило, использует для своего размножения мамавирусы, паразитирующие в клетках амеб. Группа ученых под руководством Дидье Рауля доказала, что Sputnik, капсид которого имеет диаметр около 50 нанометров, а его замкнутая в кольцо двойная спираль ДНК состоит из 18 343 пар оснований, способен сам воспроизвести лишь 21 собственный белок. А у него их намного больше, одна оболочка складывается из 30 белков, кроме того, ему нужны ферменты, отвечающие за копирование ДНК. Так что без помощи своего хозяина он не сможет воспроизвести свою структуру, то есть размножиться. Поэтому-то он и превратился в сверхпаразита.

Обычно Sputnik, находясь внутри клетки хозяина, ждет, когда ДНК мамавируса проникнет в амебу, после чего внедряет в нее фрагменты своего наследственного вещества (впрочем, иногда оба вируса проникают туда одновременно). Подобная операция заставляет ДНК мамавируса начать, прежде всего, производство белков, необходимых сверхпаразиту, и только потом уж — своих собственных.

В результате копии Sputnik получаются вполне жизнеспособные и многочисленные, а вот самому мамавирусу везет меньше — его потомки получаются "больными", с дефектной оболочкой и неработающими ферментами. Видимо, это происходит из-за того, что наследственный материал из Sputnik, вшиваясь в ДНК мамавируса, меняет ее структуру так, что она повреждается именно на тех участках, где хранится информация о его собственных белках.

После этого молодые копии Sputnik выходят из клетки (которую они, в отличие от многих других вирусов, не убивают) и внедряются в других хозяев-амеб. А вот ослабленные и дефектные мамавирусы в большинстве случаев сразу же после выхода из клетки оказываются неспособными к заражению новых амеб. Получается, что Sputnik, сам того не желая, выступает в роли противовирусного препарата, ведь своими действиями по ослаблению мамавирусов (как мы понимаем, абсолютно неосознанными) он уменьшает вероятность заражения амеб.

Не удивительно, что ученые всерьез заинтересовались таким необычным вирусом, как Sputnik — ведь в перспективе на его основе можно будет разработать эффективный противовирусный препарат, с помощью которого человечество победит многие опасные заболевания. Поэтому его ДНК была исследована весьма детально и тщательно. Исследователям, которые нашли следы пребывания сверхпаразита в вирусах водорослей антарктического озера, было достаточно просто идентифицировать этот организм.

Итак, ДНК неизвестного вируса, открытого недавно австралийскими биологами, действительно весьма похожа на наследственное вещество Sputnik. Однако исследователи сомневаются, что на сей раз они имеют дело именно с этим вирусом — известно, что сверхпаразиты, как правило, весьма привязаны к своим хозяевам. Данный же вирус паразитирует не на мамавирусах, а на фикоднавирусах, причем данные группы эволюционно весьма далеки друг от друга. Поэтому пока новый сверхпаразит условно назван OLV (то есть "вирус из Озера органики"). Группа ученых во главе с Рикардо Кавичиолли, микробиологом из Университета Нового Южного Уэльса в Сиднее сейчас пытается изучить его строение и, по возможности, реконструировать образ жизни данного сверхпаразита.

Согласно предварительным данным их исследований, этот вирус, действуя подобно Sputnik, мешает фикоднавирусам заражать клетки водорослей. Причем он в основном действует именно в то время, когда озеро свободно ото льда, то есть тогда, когда водоросли наиболее активно размножаются. То есть, благодаря его стараниям микроскопические растительные организмы за время короткого антарктического лета успевают создать первичную биомассу, на которой "держится" вся экосистема водоема.

Получается, что все высшие обитатели озера обязаны своей жизнью и процветанием именно этому маленькому вирусу, о существовании которого они даже и не подозревают. Ведь именно он регулирует численность основных врагов водорослей — фикоднавирусов. В этом его роль чем-то подобна таковой человека, который, сокращая число вредителей растений, способствует не только процветанию последних, но и помогает растительноядным животным.

Интересно, что кроме OLV и Sputnik совсем недавно был открыт и еще один сверхпаразит из группы вирусов. В начале марта нынешнего года американские биологи описали вирус, (названный Mavirus), который паразитирует на вирусах CroV — обладателях самого большого генома среди всех известных на сегодня вирусов. CroV поражают организмы Cafeteria roenbergensis, которые являются одними из самых распространенных представителей зоопланктона. Mavirus же, регулируя их численность, проводит как бы оздоровление популяции этого одноклеточного организма, который, активно размножаясь, исправно поедается мелкими ракообразными. А те, в свою очередь, служат едой для рыб и китов. Получается, что наличием обильной еды в океане эти гиганты также обязаны маленькому вирусу.

Данные открытия заставляют по-другому взглянуть на роль вирусов в природе. Выходит, что эти крошечные существа играют большую роль в процессах, происходящих в экосистемах. И даже самые крупные живые существа, такие как киты или слоны, очень сильно зависят от их деятельности…

Читайте самое интересное в рубрике "Наука и техника"

Как известно, вирусы неспособны существовать без чужой клетки. С этим связан их вечный паразитический образ жизни. Причём вирус за время своей жизни существует попеременно в двух формах — 1) внутри клетки в виде вирусного генома и вирусных белков и 2) в виде вириона, который переносится от организма к организму и от клетки к клетке и обеспечивает проникновение вирусного генома и белков в клетку.

Вирус должен, во-первых, уметь распространяться по организму-хозяину, во-вторых, иметь возможность передаваться от одного организма к другому.

Вот, например, как происходит передача вирусов у животных. Основные пути распространения вирусов по организму позвоночных животных — это 1) с током крови (вирус кори, вирус свинки и др.) и 2) по нервной системе (вирус клещевого энцефалита, вирус полиомиелита и др.).

Помимо крови, вирус может распространяться внутри одного организма со всеми возможными физиологическими жидкостями. Например, со слюной и соплями (изо рта в кишечник или из носа в бронхи).

Основные способы передачи вирусов от человека к человеку (у других позвоночных животных — аналогично):

воздушно-капельный (аэрозоль или мелкие капельки, содержащие вирус, попадают на слизистые оболочки);
фекально-оральный (условно говоря, через грязные руки);
половой (со спермой и вагинальными секретами);
контактный (при прямом контакте кожи);
напрямую через кровь (переливание крови и т. п.);
передача от матери ребёнку (например, вирус краснухи, способный преодолевать плацентарный барьер);
при помощи переносчиков (клещи — клещевой энцефалит, комары — жёлтая лихорадка, и т. п.).

Есть и другие способы передачи, и не все они легко укладываются в приведённый выше список: например, вирус бешенства попадает в организм через укус больного животного (причём животное может относиться к тому же виду, а может быть и другого вида, что не позволяет однозначно отнести этот способ передачи к передаче через переносчиков).

Задача

Вирусами болеют не только животные. У растений тоже бывают вирусные инфекции, наносящие немалый вред, например, картофельным полям (резко снижается урожай), табачным плантациям, полям с кукурузой и т. п. Как известно, растение отличается от животного как образом жизни, так и строением клетки. Как вы думаете, каким образом вирусы растений могут передаваться внутри растения и от одного растения к другому? Предложите как можно больше механизмов такой передачи. (Для простоты будем считать, что речь идёт о цветковом растении, таков как картошка, табак, яблоня, кукуруза, финиковая пальма, хмель, виноград, одуванчик и т. п.)

Подсказка 1

Прежде всего, вспомните, чем цветковое растение отличается от позвоночного животного, а чем они похожи. Например, чем одуванчик или дуб отличается от крысы или лягушки. Подумайте, какие из этих отличительных и сходных свойств могут использоваться вирусом для проникновения в растение и распространения внутри растения, и, наоборот, что может представлять для вируса серьезную преграду.

Подсказка 2

Рассмотрите все виды передачи вирусов животных, о которых говорится в условии, и подумайте, какие аналоги этих видов передачи могли бы встречаться у растений.

Решение

Прежде всего, стоит понять, чем же всё-таки отличается растение от животного и чем они похожи (мы рассматриваем позвоночное животное и цветковое растение). Эти отличия и сходства можно будет потом связать с особенностями переноса вирусов.

Основные сходства:

У высших растений, так же, как и у позвоночных животных, есть системы транспорта питательных веществ, чем-то похожие по своему строению на соответствующие системы у животных (например, транспорт осуществляется по некоторым функциональным аналогам сосудов позвоночных животных). Флоэма — сеть клеток, по которым синтезированные в листьях органические вещества перемещаются по всему растению. Ксилема — сосуды, по которым вода и минеральные вещества поступают от корней к другим органам и тканям растения.
Цветковые растения, так же как и позвоночные животные, способны к половому размножению.

Основные отличия:

Глобально растительный организм отличается от организма животного значительно меньшей подвижностью.
Растительная клетка отличается от клетки организма животного прежде всего наличием клеточной стенки. То есть каждая клетка помимо липидной мембраны имеет вокруг себя оболочку из сложных углеводов (целлюлоза и т. п.), которая не пропускает внутрь клетки (и, соответственно, внутрь самого растения) излишне крупные молекулы и молекулярные агрегаты вроде вирусов. Напротив, внутри растения возможен транспорт довольно-таки крупных молекул и молекулярных структур, поскольку в клеточной стенке между клетками имеются специальные отверстия — плазмодесмы. Надо учитывать всё же, что плазмодесмы тоже имеют ограничения по своей пропускной способности.
Растение способно размножаться вегетативно, то есть неполовым путем (например, клубника размножается через усы.

Теперь давайте еще раз посмотрим на пути передачи и способы распространения вирусов животных и подумаем, какие из них могут использоваться вирусами растений.

Основные способы передачи вирусов у животных:

1. Передача внутри организма по различным транспортным и клеточным системам (кровь, нервная система и т. д.).

2. Передача между организмами:
a. воздушно-капельная;
b. фекально-оральная;
c. половой путь;
d. от матери ребёнку;
e. переливание крови;
f. контактный путь;
g. при помощи переносчиков;
h. более редкие варианты, например через укус.

Теперь можно посмотреть, какие способы распространения вирусов животных подходят для вирусов растений, а какие — нет:

1. Распространение внутри растения:

a. Вирусы животных часто распространяются внутри организма через кровь. Вирусы растений вполне могут воспользоваться аналогичным способом, распространяясь внутри растения при помощи проводящих систем, например, через флоэмный сок.

2. Передача между растениями:

a. Возможен ли воздушно-капельный путь передачи вируса между растениями? Тут сразу встаёт несколько вопросов.

Во-первых, кто-то должен распылять этот аэрозоль или капельки. В случае животных, это делают сами животные — при чихании и кашле. Вы когда-нибудь видели чихающее растение?

Во-вторых, вирус из аэрозоля должен как-то попасть внутрь растения — для этого ему необходимо будет преодолеть клеточную стенку.

e. Аналогом передача вируса при переливании крови в случае растений было бы переливание флоэмного сока. Очевидно, такая возможность есть. Только вот в природе вы вряд ли встретите две берёзки, которые переливают друг дружке флоэмный сок. Скорее, тут возможен вариант, при котором одно повреждённое растение через флоэмный сок передаёт вирус рядом стоящему другому повреждённому растению.

f. Контактная передача вируса растений вполне возможна, например, на одном лугу, где трава очень густо растёт. Тут, опять же, встаёт вопрос, что вирус должен сначала как-то преодолеть покровы (на клеточном уровне — клеточную стенку) одного растения, а потом проникнуть через клеточную стенку второго растения (см. Послесловие). То есть покровы растений при этом способе передачи должны быть повреждены.

g. Переносчики — отличный способ передачи вируса сразу в кровь в случае вирусов животных и во флоэмный сок в случае вирусов растений. Благо, многие насекомые питаются тем самым флоэмным соком. Яркий пример — тли (подробности см. в Послесловии).

h. Растения неподвижны, следовательно тут не пройдёт вариант, при котором вирусы могут полагаться на одно растение, которое, взбесившись, укусит другое. Представьте себе, например, взбесившийся кактус, который нападает на другой кактус.

Подведём итог. Вот краткий список способов передачи вирусов растений, которые реализуются в природе:

1. Внутри организма:

по проводящей системе — по всему организму;
через плазмодесмы — между отдельными клетками.

Послесловие

В решении мы рассмотрели возможные способы передачи вируса от животного растению. Теперь давайте обсудим более подробно механизмы, по которым вирусу целесообразно проникнуть внутрь растения и по растению распространяться.

В любом случае, чтобы попасть в растение, вирусу необходимо каким-то образом снаружи этого растения преодолеть клеточную стенку. Можно при этом сразу постараться попасть в проводящие ткани растения, это облегчит последующее распространения вируса внутри организма.

А теперь — что из этого наиболее реально?

Биться головой об стенку довольно-таки бессмысленное занятие.

Проще всего, если в стене есть дверь — но это не случай растений. Им просто незачем пропускать через клеточную стенку крупные молекулы: органические вещества синтезируются в листьях внутри самого растения, а потом транспортируются к другим клеткам через флоэму и плазмодесмы — отверстия в клеточной стенке.

Следующий вариант — пролезть через дыру. Именно этот метод используются многими вирусами растений. Но откуда берутся дыры? Это могут быть просто механические повреждения тканей растения. Подобные повреждения могут наносить топчущие поле животные, люди, едущий трактор. Таким образом, например, может передаваться вирус табачной мозаики.

Теперь про последний вариант — когда стенку преодолевать не надо, потому что ты внутри. По этому механизму происходит передача вируса потомству растения в результате вегетативного или полового размножения. Вирус может попасть в пыльцевое зерно, так как оно возникло из клетки, которая до этого была связана с остальными клетками растения плазмодесмами.

А как вирус может напрямую попасть в проводящие ткани растения?

Снизу, из почвы — через повреждённые корни вирус попадает в ксилему.
Над землёй — через повреждённые ткани листа или цветка вирус попадает во флоэму.

Вирус может даже изменить вкусы того или иного насекомого. Недавние исследования показали, что тли, инфицированные вирусом злаков Barley yellow dwarf virus (BYDV), предпочитают питаться неинфицированными растениями пшеницы, и, наоборот, неинфицированные тли — инфицированными растениями.

Для распространения внутри растения вирусу необходимо попасть в проводящую систему растения, где он сможет перемещаться по организму вместе с током жидкости (флоэмного сока) или уметь перемещаться от клетки к клетки по плазмодесмам. Заметим, что попасть в проводящую систему можно по тем же плазмодесмам. Так что два вопроса свелись к одному.

С плазмодесмами есть небольшая проблема: они могут оказаться слишком узкими для эффективного распространения большого количества вирусных частиц, и даже настолько узкими, что любая отдельно взятая собранная вирусная частица в них физически не пролезет.

В связи с этим вирусы растений в процессе эволюции разработали два механизма перемещения по плазмодесмам. Чтобы догадаться, что это за механизмы, представьте себе грабителя и дом с открытой форточкой.

Как грабителю залезть в дом, если в форточку он не пролезает?

1) Когда грабителю надо пролезть в форточку, он может запустить туда ребёнка или более мелкого грабителя.

В данном случае переноситься через плазмодесму может не полностью собранная вирусная частица, а только вирусный геном, связанный с каким-нибудь специальным транспортным белком вируса. Такая конструкция значительно менее громоздка, чем собранная вирусная частица, и её гораздо проще протащить через форточку-плазмодесму.

2) Другой вариант действий грабителя — выломать форточку, то есть каким-то образом её расширить, — тоже используется вирусами.

Вирусы способны тем или иным образом модифицировать плазмодесмы, через которые они хотят попасть в соседнюю клетку: они расширяют канал в клеточной стенке за счёт собственных белков. Это больше похоже на ситуацию, как если бы грабитель пытался ограбить резиновый дом с резиновой форточкой. Такую форточку можно было бы растянуть, что, собственно, и делает вирус.

Читайте также: