6. Развитие фитовирусологии

Актуальность исследований вирусов растений определяется тем, что вред, причиняемый ими сельскому хозяйству очень значителен. В Англии толь­ко в 1949 г. от вирусного заболевания — желтухи свеклы — было недо­получено 1 млн т сахара.

Вирус табачной мозаики (ВТМ) рас­пространен по всему земному шару. Кроме табака он поражает томаты, петунию, дельфиниум, яблоню и множество других растений. Вирус этот очень устойчив (в сухих растительных остатках он может, например, сохраняться более 50 лет) и исключительно контагиозен.

Во многих странах вырождается от 10 до 50% картофеля, пораженного вирусами. Чтобы в какой-то мере избе­жать распространения болезни, семенной картофель выращивают в вы­сокогорных районах на высоте 1500-1800 м над уровнем моря или на специальных закрытых участках, защищенных от заноса туда инфекции с ветром или крылатыми формами тлей.

После открытия в 1892 г. Д.И.Ивановским фильтрующегося инфекционного начала следующим важным этапом в науке о вирусах растений явилась работа У. Стенли: в 1935 г. из сока табака, пораженного мозаичной болезнью, он осадил и очистил ВТМ в кристаллическом виде (Нобелев­ская премия, 1946). В 1936 г. английский ученый Ф. Боуден совместно с Н. Пири по­казали, что ВТМ состоит не из чистого белка, как считал Стенли, а явля­ется нуклеопротеидом. В 1958 г. Р. Франклин и К. Холмс показали, что ВТМ пред­ставляет собой полые палочкообразные цилиндрические образования.

Вирусы растений состоят, как правило, из РНК и белка. До 1968 г. такое строение считалось отличительной особенностью всех фитовиру­сов, пока Р. Шепард не обнаружил двухцепочечную ДНК у ви­руса мозаичной болезни цветной капусты.

В 1938 г. Ф. С. Боуден и Н. У. Пири обнаружили, что вирус карликовой кустистости томатов кристаллизуется, образуя ромбические додекаэдры. По данным Р. Маркхема и К. М. Смита (1949), вирус жел­той мозаики турнепса кристаллизуется в форме октаэдров. Кристаллические образования самых различных форм считаются характерными именно для вирусов растений.

В 1956 г. в лаборатории Хейнца Френкеля-Конрата в США предварительно очищенный препарат ВТМ был расщеплен действием фенола на белко­вую часть вирусной частицы и нити нуклеиновой кислоты. В отдель­ности они не проявляли активности. При их объединении инфекцион­ное свойство нуклеопротеида восстановилось. Х. Френкель-Конрат трактовал это явление как реконструкцию, т. е. разборку и сборку частиц вируса. Было показано также, что свойства штамма вируса определяются исклю­чительно нуклеиновой кислотой.

Более того, оказалось, что некото­рые растения заражаются свободной нуклеиновой кислотой ВТМ, а не целой частицей нуклеопротеида. Американский ученый А. Зигель с сотр. (1962) экспериментально получили варианты ВТМ, которые, репродуцируясь в тканях растений, вообще не образуют белковой оболочки. Другой вариант этого вируса, как показали электрон­номикроскопические исследования, хотя и синтезирует белковые оболоч­ки, но они оказываются необычной формы, и нуклеиновые кислоты не имеют возможности проникнуть в них и образовывать нуклеопротеид. При этом нуклеиновые кислоты этих дефектных вариантов ведут себя как полноценные вирусы.

Показано, что вирусные белки могут неспецифично взаимодействовать с нуклеиновыми кислотами различного происхождения. В 1966 г. Р. Мэтьюз и Ж.Гарди произвели сборку белков капсида ВТМ с нуклеиновой кислотой вируса репы. В результате был получен вирус, у кото­рого инфекционное свойство определялось нуклеиновой кислотой вируса репы, а серологические реакции — палочковидной оболочкой ВТМ, со­бранной из белков капсида (шайбочек). Были также получены подобные палочковидные частицы ВТМ, но только содержащие не вирусную, а дрожжевую кислоту и даже син­тетическую РНК.

В ходе исследований, проводимых в СССР и за рубежом, было обращено внимание на тот факт, что в различных тканях растений вирусы распределены весьма неравномерно. В эпидер­мисе, например, много вирусов мозаики табака или мозаики картофеля, а в клетках меристемы, в точках роста, их может не быть вовсе. Пред­принимались попытки, пользуясь хорошо разработанной техникой культу­ры ткани растений, вырезать в стерильных условиях кусочек такой меристемной ткани и вырастить из него целое и притом здоровое ра­стение. Такая операция незаменима, когда какой-либо ценный сорт растения оказывается целиком зараженным вирусом. В на­стоящее время таким способом в широких масштабах получают безви­русные растения картофеля, гвоздики, яблони, крыжовника, табака.

Большие работы по выращиванию из верхушечной меристемы сво­бодных от вирусов нарциссов, тюльпанов, гиацинтов и лилий проводятся в Исследовательском институте оранжерейных культур в Великобритании. Они особенно важны ввиду того, что луковичные культуры очень сильно поражаются вирусными заболеваниями, и до сих пор не было найдено радикального способа борьбы с ними.

Различные вирусы растений характеризуются различной температурой инактивации. Наиболее устойчивые, например ВТМ, выдерживают нагревание до 92° в течение 10 мин. Многие вирусы теряют инфекционность после нагревания при температуре 50-60°. За счёт длительного воздействия удается вылечить черенки растений от ряда вирусных заболеваний при относительно низких температурах прогре­вания.

Вирус хлороза и полосатости сахарного тростника инактивируется при погруже­нии черенков на 30 минут в воду, нагретую до 50°. Р.Антойн (1965) обработал таким образом более 16 000 т черенков, пораженных этим вирусом. Затем, предварительно прорастив их в теплицах, он вырастил свободный от вируса сахарный тростник на 1821 га промышленных плантаций. Термотерапия применяется в борьбе с желтухой персика, при некоторых вирусных заболеваниях земляники, картофеля и других культур в тех случаях, когда удается инактивировать вирус и сохранить живыми клетки растения-хозяина.

Разработка наиболее эффективных противовирусных мероприятий тре­бует знания характерных особенностей различных вирусов растений. Важ­но также учитывать сходство и различие между вирусами человека и животных, с одной стороны, и вирусами растений — с другой. Ввиду принципиальных различий в химическом составе, плотности, проницае­мости и пластичности оболочек клеток растений и животных закономер­ности проникновения вирусов в организм и их перехода из клетки в клетку у вирусов человека и животных иные, чем у вирусов растений. Частицы вирусов растений очень малы. Например, длина палочки вируса мо­заики равна 270 нм, а поперечное сечение — 15 нм.

Чтобы заразить кусочек чувствительной животной ткани, достаточно погрузить ее в жид­кость, содержащую вирус животных или человека. Ткани растений ин­фицировать таким способом не удается, если предварительно не повре­дить эпидермис. При решении вопроса, каким путем вирус в природных условиях переходит из клетки в клетку, внимание фитовирусологов при­влекли плазмодесмы — канальцы диаметром в 20—100 нм, находящиеся в межклеточных мембранах. По ним из зараженной клетки в соседнюю и проникают вирусные частицы одна за другой или даже парами. Согласно электронномикроскопическим исследованиям, диаметр сферических частиц вируса бронзовости листьев томатов от 80 до 120 нм, а просвет плазмодесмы в клетках томатов всего 20—100 нм. Но и для более мелких вирусных частиц, таких, как ВТМ или Х-вирус картофеля, прохождение через плазмодесмы затруднительно. Возможно, вирус переходит из одной клетки в другую без белковой оболочки.

Изучение путей распространения вирусов в природе и их передачи от больных растений к здоровым обнаружило, что в ряде случаев (на­пример, при заболеваниях винограда, томатов, смородины, огурцов) ос­новными переносчиками являются нематоды, и заражение осуществляется через почву. Оказалось, что между нематодами и вирусами существуют сложные взаимоотношения. Например, вирусные заболевания винограда передаются строго определенным видом нематоды, в организме которой они сохраняются дольше, чем в почве. Вирус кольцевой пятнистости табака остается активным в организме нематоды более 8 месяцев.

Вирусная болезнь салата продолжала распространяться в условиях, когда все известные пути распространения вируса были исключены. Оказалось, что источником инфекции являются зооспоры плесневого гриба Olpidium brassicae, в которых вирусные частицы способны сохраняться дли­тельное время. Споры гриба, паразитирующего на салате, зараженном вирусом, распространяются ветром на большое расстояние. Оседая на листьях здоровых рас­тений, они прорастают и вносят таким путем вирусные частицы в клетки салата. Этот же гриб служит носителем вирусов некроза табака, карликовости табака и других. Зооспоры О. brassicae, инфицированные вирусом карликовости табака, пе­редавали инфекцию 35 видам растений, относящимся к 13 семействам. Подобным же образом вирус парши картофеля передаётся грибом Spongospora subterrunae. Вирус способен сохраняться в спорах этого гриба более года. Аналогичные соотношения установлены между грибом Tolymyxa graminis и вирусом мозаики пшеницы, а так­же между многими другими вирусами и грибами.

Интересно, что низшие грибы служат не только механическими переносчиками вирусных заболеваний, но в ряде случаев и сами поражаются вирусами. Так, в мицелии грибов родов Penicillium, Aspergillus в 1965 г. были обнаружены вирусные частицы диаметром 25—30 нм. У больных грибов уменьшался объем мицелия, но лизиса не наблюдалось.