Вирусоустойчивость

Один из подходов, введение в растительный геном генов кодирующих белки капсида вируса. Исходят из того, что показано, что чем больше в растительных клетках белка вирусных оболочек, тем меньше образуется НК этого вируса. Если поставить под сильный промотор гены вирусных белков, то количество белка достигнет уровня, когда репродукция вируса прекратиться. Этот подход оправдан для целого ряда вирусов. В середине 90 годов - варианты картофеля, устойчивые к различным вирусам: S, Y, X, вирусу скручивания листьев. 2 варианта растений тыквы - один устойчив к вирусу мозаики арбузов, второй - к вирусу мозаики кабачков. Получены томаты, устойчивые к ВТМ и к вирусу мозаики томатов. Огурцы получены, устойчивые к вирусу мозаики огурца. Рис, устойчивый к вирусу полосатости риса. Папайя - вирус пятнистости. Этот прием применим для ДНК и РНК содержащих вирусов.

 

Введение в геном растения обычных генов из вирусов, кодирующие белки капсида, но в антисмысловой ориентации. Для этого делают комплементарную ДНК, чтобы при транскрипции получить антисмысловую РНК. В этом случае при наличии в раст клетке больших количеств антисмысл РНК она должна взаимодействовать с мРНК вируса. Это работает только при низкой инфицирующей дозе. Здесь многоое зависит от того, какой берется ген из генома вируса, и под какие промоторы все это ставится.

Оба подхода имеют недостаток - не защищает от заражения другими вирусами. Разрабатывают подходы, на исопльзуовании последовательностей, кодирующих сателлитные РНК и известно, что при инфицирвоании растительными вирусами клеток там появляются эти РНК и чем их больше, тем меньше репродукция вируса.

 

Известно явление перекрестной защиты - если растения заражены одним вирусом, то другие инфицируют плохо. Связывают с сателлитными РНК.

 

Использование антивирусных белков, которые появляются у некоторых растениях - растительные интерфероны. Американцы в 1993 попробовали применить белки из фитолаки американской для защиты растений от вирусов. Опрыскивали белком ряд сельскохозяйственных растений создавали инфекционный фон, и заражение было хуже. Гены стали вводить в табак и картофель. Картофель меньше заражался Х и У вирусами, но сверхпродукция белка - ухудшение роста, снижение урожая, и невозможно получить семена.

 

Лекция 12

Болезни вызываемые грибами и бактериями

По отношенилю к грибам - хим пестициды, против бактерий - нет средств борьбы. Фунгициды - опасны для среды. При контакте с патогенами растения либо повышают синтез определенных защитных веществ, либо появляются белки, отсутствующие в тканях здоровых растений. Pr - белки. Часть из них охарактеризована. Часть белков, появляющихся у растений и тех, уровень которых повышается - хитиназы. Разрушают N-1,4 связи в хитине. Бета 1,3-глюконаза - действует чуть менее эффективно

 

Гены этих белков, клонированных из разных растений, их вводят под конститутивными промоторами - 35S РНК вируса мозаики цветной капусты. Первые эксперименты показали, что можно повысить устойчивость растений к грибным патогенам, возникла проблема. Рис в ходе естественного обитания вступает в симбиоз (мутуализм) с грибами на их корнях и первые варианты риса с повыышенной экспрессией хитиназ имели сниженные показатели роста - объяснили, что мутуалистический симбиоз снижен. Предпринимаются попытки вводить гены хитиназ и глюконаз под промоторами, которые работают в зеленых частях растений, в корнях - не работают. Такие конструкции созданы, использовали промоторы генов из хлоропластной ДНК, которые активируются при попадании света на растение. Приводили данные о лабораторных испытаниях табака, рапса и риса в которых гены хитиназы и глюконазы экспрессируются в зеленых клетках. На треть более устойчивы (должны быть).

 

На мицелий паразитических грибов действует тауматиноподобные белки. Их обнаружили у определенных растенй, но они есть почти у всех растений. Ингибиторы протеаз, о которых шла речь ранее, дают эффект и против грибов. Механизм не описывается. Когда были получены растения, устойчивые к насеокомым, они имели повышенную устойчивость к грибам. Для ряда Pr белков не показано никакой функции, аминокислотная последовательность не позволяет найтигомологию, но на картофеле эти гены пытаются использовать, обозначая эти белки цифрами. Сообщают о получении трансгенов с экспрессией в 10-15 раз выше, выше и устойчивость к белкам. Сверхэкспрессия этих белков снижает скорость роста и урожайность несколько ниже, чем у исходных сортов.

 

По отношению к бактериальным болезням, идут подготовительные работы. Основываются на том, что большая часть заболеваний вызываемых бактериями связана с мацерацией растительных тканей за счет пекто и целлюлолитических комплексов - секретируемые ферменты и при достаточной плотности популяции индуцируется продукция и секреция таких факторов патогенности, что создает достаточно большие проблемы. Гнили поралжают вегетирующие растения и хранящиеся продукты, и поражение идет с очень высокой эффективностью. Даже усовершенствование мер по правильному хранению не всегда дает положительный результат. Развитие гнили - до 80% продукции терялось. Гнили, которые поражают вегетирующие растения проявляют себя периодически очень сильно. Израиль постоянно сообщает о состоянии фермерских хозяйств (основной производитель картофеля).

Вторая группа болезней, вызываемых бактериями - системное увядание. Образование экзополисахаридов, закупоривающие транспортные системы растений. Растение получает мало воды и начинает увядать, что особенно проявляется в дневное время.

 

Известно, что большинство растений защищается от патогенов, для которых они не являются хозяевами за счет реакции гиперчувствительности. Если патоген инфицирует не хозяйское растение, то клетки этого растения в местах сосредоточения бактерий направленным образом отмирают и эта часть органа (листа) после отмирания становится непригодной для размножения патогена и разрушается. Считают, что взаимодействие патоген-хозяин приводит к развитию болезни, если бактерии ограничивают развитие такой реакции гиперчуствительности. Очень мало известно о том, как атогены это делают. Изучают и сами бактерии, ищут сигналы, появляющиеся в растении, запускающие реакцию гиперчувствительности. Можно потом будет ввести гены, обеспечивающие такие сигналы, и даже патоген, способный поражать будут подвержен реакции гиперчувствительности. Клонировали в основном гены Pr белков с непонятной функцией - кандидаты на реакцию.

 

Следующее направление - применение ингибиторов протеаз. Показано, что часть пектолитических ферментов секретируется в неактивной форме и либо в периплазме либо в среде превращаются в активный фермент под действием протеаз. Такие протеазы найдены, считают, что если ингибиторы будут подавлять их активность, то часть ферментов будет неактивной и поражение менне выражено.

 

В начале 90 годов сообщалось об эффекте продукции лизоцима клетками растений как защитного процесса. В Герамнии в клетки картофеля ввели ген лизоцима фага Т4 под промотором 35S РНК вируса мозаики цветной капусты (ВМЦК). Ген экспрессируется, но лизоцим остается в клетках. Конструкцию модифицировали - к гену присоединили сигнальную последовательность из гена альфа-амилазы ячменя и это привело к секреции лизоцима в апопласт. Незначительный эффект при заражении возбудителями мягкой гнили был, но мал.