Фізіологія вірусінфікованих рослин.

Морфо-анатомічні зміни в клітинах рослини-господаря в значній мірі залежить від властивостей патогена і, як-що після проникнення у клітину вірус починає впливати на її життєдіяльність, певним чином змінюючи обмін нуклеїнових кислот, білковий синтез та ряд інших метаболічних процесів. В залежності від того, на якій стадії розвитку листка відбувається його зараження, відповідно і вираженність викликаних вірусом патологічних змін буде різною. На даний час відомо три основні види гістологічних змін у рослин при вірусній інфекції: 1) некроз або загибель клітин, тканин або органів; наприклад, Х-вірус картоплі (ХВК) викликає повний розпад флоемної тканини. 2) гіпоплазія; наприклад, клітини мезофілу проявляють мозаїчну хворобу, але вони не відрізняються від нормальних. 3) гіперплазія, коли нормальний поділ спостерігається в звичайних клітинах, але спостерігається ненормальний поділ в клітинах камбію. Також відомо два основних ефекту цитологічних змін при вірусній інфекції - ефект вірусної інфекції на нормальні клітинні структури та ефект утворення вірус-індукованих структур в клітині. 28 Вплив вірусу на окремі клітинні структури часто може бути подібним, але проявляється він для кожного вірусу специфічно. В залежності від описаного процесу вірусної інфекції рослини та стадій інфікування, доречно збагнути на те, що всілякий контакт вірусу із клітиною проходить через взаємодію із клітинною стінкою та мембранними комплексами клітини. Величезних структурних змін набуває клітинна стінка. У випадку клітинної стінки, як основної бар' єрної структури клітини, відомо три основні видозміни, такі, як: 1). Ненормальне потовщення, яке призводить до відкладення калози біля кордонів вірус-індукованих некрозів. 2). Виступи клітинної стінки, іноді плазмодесм, що вже відомо для деяких вірусів. 3). Відкладення електронно-щільного матеріалу між клітинною стінкою та плазматичною мембраною. Деструктивна дія вірусів на клітинні комплекси описана досить не погано, хоча і на зараз являється дуже важливо знати механізми вірусної локалізації та транспорту. Почнемо із органоїду №1 в клітині – ядра. Багато вірусів, наприклад, не викликають цитологічного ефекту на ядро, хоча деякі із них, такі, як наприклад, потівіруси спроможні викликати різноманітні видозміни у ядрі. Ядро може змінювати свою морфологію, утворювати інвагінації мембрани. Розглянемо подібні патологічні зміни в ядрі при вірусній інфекції скручування листя хмелю. Такі віруси, як Geminivirus, Rhabdovirus, вражуючи клітину, проводять реплікацію власних нуклеїнових кислот саме в ядрі, викликаючи певного роду видозміни. Для мітохондрій, у випадку вірусного впливу деяких вірусів, відмічається ненормальний розвиток мембранних систем, але на даний час ще бракує даних про зв, язок вірусної реплікації із утворенням дегенеративних ефектів. У випадку вірусної інфекції представника карлавірусної групи – ВСЛХ, спостерігалось присутність віріонів в мітохондріях та деструктивна дія останніх на систему зовнішньої та внутрішньої мембран. Великих змін набувають в результаті інфікування такі органели, як хлоропласти. Так, наприклад, вірус жовтої мозаїки турнепсу (ВЖМТ) викликає утворення сферичних везикул в структурі хлоропластів та біля них. Це все призводить до структурних та біохімічних порушень інших органел. Кардинальних цитологічних змін набуває клітина, коли вона наближається до летального вироку. Ці зміни вивчені за допомогою світлової та електронної мікроскопії, але всі ці дані не дають змоги зрозуміти, як саме вірусна інфекція вбиває клітину. Слід відмітити про безпосередню локалізацію вірусів в клітинах рослин – перше місце з яких займає цитоплазма, далі органоїди. Величезної цікавості 29 заслуговує вивчення питання про утворення вірусних включень в клітинах. Так, найбільшими представниками щодо утворень включень в клітинах, являються Потівіруси. Ці віруси (досить чисельні по представникам на різноманітних рослинних культурах) спроможні утворювати дуже різноманітні і цікаві за морфологією включення. Відомо багато змін у біохімічних та фізіологічних процесах, коли вірус інфікує рослину. Це зниження фотосинтетичної активності рослини, що супроводжується зменшенням кількості фотосинтетичних пігментів, рибосом хлоропластів та рибулозобіфосфаткарбоксилази, підвищення траспірації, підвищення активності деяких ферментів, в основному поліфенолоксидаз, підвищення чи зменшення активності регуляторів росту рослини. Для багатьох вірусних захворювань основні види метаболічних змін призводять до процесу старіння рослин. Метаболічні зміни, що індукуються вірусною інфекцією, часто не специфічні. Подібні зміни можуть проявлятись, коли причиною являються клітинні патогени, механічне або хімічне втручання. Іноді одна генетична мутація в рослині-господарі чи одна точкова мутація у вірусу призводить до переходу безсимптомного протікання захворювання до його бурхливого прояву. Також слід відмітити, що не тільки процес реплікації вірусу призводить до метаболічних змін рослини. Іноді патологія проявляється вже в момент проникнення вірусу в клітину. Такий “ранній” негативний вплив на рослину іноді перевищує всі інші стадії розвитку вірусного захворювання. Отже, рослинам притаманний широкий спектр вірусних захворювань. Він залежить від біологічних особливостей окремих сортів, географії, агротехніки та культивування, відповідних для цього екологічних умов, таких як температура, види грунту, вологість, тощо. Згадаймо ще раз загальну схему вірусного відтворення. Віруси, попадаючи в клітини хазяїну, частково або повністю розпадаються на макромолекули, що їх складають. Після цього проходить трансляція вірусного геному або інформаційної РНК (матричної, мРНК), що синтезується на ньому, як на матриці. Для трансляції використовується генетичний апарат клітини-господаря. В результаті виникають нові вірусні білки, а також відбувається реплікація геному вірусу. В результаті із синтезованих нуклеїнових кислот і одного чи декількох вірусних білків збираються нові віруси. Цікаво, що на деяких етапах реплікації неможливо спостерігати зрілі вірусні часточки. Широко розповсюдженим шляхом проникнення вірусу в клітину є механічна передача. Вірус проходить із клітини до клітини по плазмодесмам від місця інокуляції, але цей процес іде повільніше на відміну від шляху проходження по судинам рослини, найчастіше це клітини флоеми. Не являється секретом, що велику кількість вірусів (більше 200 штук) передають наприклад попелиці. Останні пробивають своїми стилетами епідерміс рослин і п’ють сік флоеми, який багатий на продукти фотоасиміляції – полісахариди. В цей же час можна спостерігати передачу вірусів неперсистентним шляхом 30 від однієї рослини до іншої, якщо цей шлях передачі властивий для вірусу та рослини. Відомо також про існування транспорту вірусів по судинам ксилеми – провідним пучкам, що несуть по собі воду та розчинені в ній мінеральні солі від коренів до верхівки рослини. Так, наприклад, ВСЛХ транспортується переважно саме таким шляхом – по ксилемі. Більшість вірусів в рослинах переміщуються на довгі дистанції все ж таки по флоемі, але віруси, що передаються членистоногими, спроможні переміщуватись і по ксилемі. По флоемі рух вірусів досить швидкий. Так, Geminivirus, інфікуючи цукровий буряк, розповсюджується по рослині 2, 5 см/хв. На шляху контамінації вірусом існують захисні бар’єри рослини- хазяїна. Перший із них це проходження вірусу від першої враженої клітини, наступний це проходження через паренхіму до судинної системи рослини, а останній-це проходження через паренхіму до інших частин рослини-хазяїна. Слід відмітити, що можливі також не специфічні шляхи проникнення та розповсюдження вірусів в клітинах рослин. Дуже багато факторів, такі, як генотип рослини, генотип вірусу, захисні механізми є визначальними в розповсюдженні та зараженні рослини вірусом. Протягом всього періоду вивчення вірусів рослин дискутується питання, у якій формі вірус переміщується у клітині. Зрілі вірусні часточки виявляються в плазмодесмах, але такі дослідження не завжди вважаються визначальними у поясненні механізмів переміщення вірусів від клітини до клітини. На короткі дистанції вірус переміщується завдяки активації специфічного білку, який він і кодує - білок руху (БP). На довгі відстані вірус переміщується, використовуючи транспортну та везикулярну систему рослини-хазяїна. Російськими вченими було показано, що вірус тютюнової мозаїки (ВТМ) та деякі інші віруси переміщуються на довгі відстані завдяки формуванню комплексів з рибонуклеопротеїдами (РНП), які містять вірусну РНК, вірусний капсидний білок, та інші білки. Ці форми дають змоги вірусу переміщуватись на більш довгі відстані із деяким полегшенням. Пересування в таких комплексах описано для багатьох вірусів із різних родин. Для Тобамовірусів, Бромовірусів, Кармовірусів, Кукумовірусів та Потексвірусів. В пересуванні вірусу від клітини до клітини вагоме значення мають такі фактори, як рослина-хазяїн та її специфіка, і безперечно сама морфологія вірусу. Зараз перед вченими постає питання про те, що собою являють білки руху, яка їх природа, структура, локалізація. Була показана присутність БР вірусу тютюнової мозаїки в клітинних стінках та фракціях органел інокульованих листків, але не отримано їх в достатній кількості. Також було знайдено БР вірусу огіркової мозаїки (ВОМ) в клітинних стінках старого листя інфікованих рослин. 31 Цікаві результати отримали американські вчені, які різнобічними шляхами вивчали білки руху ВТМ та ВОМ в інфікованих та трансгенетичних рослин. Було відмічено, що білки руху вірусів із різних таксономічних груп знаходяться в тісному контакті із субклітинними компонентами і ці білки продукуються саме під час вірусного інфікування рослини. Більше того, як показують результати амінокислотного сіквенсу білків руху деяких вірусів, вони мають певну подібність, що натякає на те, що спостерігається деяка подібність у механізмах проникнення та руху вірусів.