Проникновение вирусов в растения

Информация

Добавить в ЗАКЛАДКИ
Поделиться:

Передача вирусов способы

Вирусы, по-видимому, не обладают способностью проникать через неповрежденную кутикулу листа растения. Возникающую при этом проблему можно преодолеть, либо избежав необходимости проникать через кутикулу (например, передача вирусов с помощью семян или при вегетативном размножении), либо используя некоторые методы, обеспечивающие эту возможность, связанные с повреждением кутикулы, что можпо наблюдать при механической инокуляции и передаче вирусов с помощью насскомьтх-ггере-носчиков. Наши знания о способах передачи вирусов еще далеко не достаточны. Так, в отношении многих из них, для которых в настоящее время известны лишь 1—2 способа передачи, можно почти с полной уверенностью сказать, что будут найдены и другие способы. Многое еще предстоит выяснить о взаимоотношениях между вирусами и насекомыми, вирусами и грибами, а также о возможности переноса вирусов (или отсутствии этой возможности) через завязь и пыльцу.[ . ]

В целях передачи вирусов в эксперименте применяется много разнообразных способов прививки, используемых в практике садоводства (см., например, фото 23). Оказалось также, что передачу некоторых вирусов можно успешно осуществить с помощью и таких методов прививки или псевдопрививки, которые обычно не используются в садоводстве. Так, например, передать вирусы можно, вставляя кусочки инфцировашшх листьев под кору, причем передача при этом происходит, вероятно, в результате объединения ткани подвоя и привоя в участках срезов жилок листа [1858]. В результате передачи вируса путем прививки может развиться заболевание, которое отличается от заболевания, возникающего, скажем, в результате механической инокуляции. Так, у N. glutinosa в случае механической инокуляции его ВТМ обычно образуются местные некротические поражения, причем системного распространения вируса не наблюдается. Однако прививка на здоровые растения N. glutinosa черенков N. tabacum, системно инфицированного ВТМ, приводит к гибели N. glutinosa в результате системного некротического заболевания. Вероятно, описанное влияние прививки связано с проникновением вируса в проводящие элементы сверхчувствительного хозяина [1973].[ . ]

Оценивая вирусы растений в п;елом, можно сказать, что бесспорно наиболее важным агентом распространения, а следовательно, и выживания вирусов являются летающие и питающиеся соком растений насекомьте-пере-носчики, в особенности тли. Способ распространения вируса в пределах определенной культуры, а также скорость и расстояние, на которое он может быть передан, зависят от многих факторов.[ . ]

Для того чтобы вирус мог продолжать свое существование, необходимо подходящее растение, в котором он может размножаться, эффективные способы распространения и заражения, а также резерв соответствующих расте-ний-хозяев, поражая которые, он может распространяться. Существующая в действительности ситуация, определяющая развитие каждого данного вируса в какой-то определенной местности или в мировом масштабе, является результатом сложного взаимодействия многих физических и биологических факторов. В этой главе мы кратко рассмотрим наиболее важные из них и проиллюстрируем те способы, благодаря которым они могут взаимодействовать друг с другом и оказывать, таким образом, влияние на распространение вирусов растений. Понимание экологии вируса в применении к отдельной культуре и 14 определенной местности важно для разработки соответствующих методов борьбы с вызываемым вирусом заболеванием. Как и в отношении большинства других облигатных паразитов, основными экологическими факторами, которые следует рассматривать, обычно считают пути передачи вирусов от растения к растению, а также способы, с помощью которых другие факторы воздействуют на распространение виругов.[ . ]

По сравнению с передачей вирусов в полевых условиях с помощью-беспозвоночных или в результате вегетативного размножения передача механическим путем обычно играет мепынуго роль. Однако для некоторых вирусов этот способ передачи имеет большое практическое значение. Так, вирус табачной мозаики может распространяться на табачных плантациях и плантациях томатов, легко загрязняя инструменты, руки и одежду работающих там людей. Этот способ передачи вируса имеет особенно большое практическое значение на ранних этапах роста полевых культур, в частности при высаживании растений. Растения, инфицированные в ранний период роста, являются источником распространения вируса в дальнейшем, что происходит либо во время проведения необходимых для данной культуры мероприятий, например удаления почек, либо в результате соприкосновения больных и здоровых растений при ветре. Х-вирус картофеля также легко может передаваться, загрязняя орудия производства и обрабатывающие машины; передача осуществляется рабочими или животными, ранее контактировавшими с больными растениями [1776], причем в некоторых случаях вирус может сохраняться таким образом в течение нескольких недель.[ . ]

Насекомые, передающие вирусы механическим путем, известны в следующих отрядах: Orthoptera, Dermaptera, Coleóptera, Lepidoptera (личинки) и Diplera (также личинки). Для некоторых из этих вирусов, например для ВТМ, распространение благодаря механической передаче насекомыми имеет, вероятно, небольшое значение, для других же, например для ВЖМТ, передача жуками является основным способом распространения инфекции.[ . ]

При использовании механических, способов передачи с целью выявления присутствия вируса как возбудителя данного заболевания необходимо иметь в виду основные иричины, которые могут привести к появлению отрицательных результатов. Эти причины таковы: 1) присутствие ингибиторов в отжатом соке растений; 2) низкая концентрация вируса или слабо выраженная чувствительность растения-хозяина; 3) нестабильность вируса в экстрактах из листьев.[ . ]

Передать вирус с помощью обычных способов механической передачи не удавалось или эта передача была очень малоэффективной. Когда же листья инфицированных растений Dahlia замораживали в жидком азоте, измельчали затем в предварительно охлажденной ступке и замороженный порошок наносили с помощью кисти непосредственно на листья Verbesina, передача оказывалась успешной. Возможно, низкая температура снижает степень инактивации вируса веществами, присутствующими в экстрактах из листьев Dahlia.[ . ]

Первые исследователи обычно давали вирусу название по растению-хозяину, в котором он был обнаружен, и по наиболее выраженному симптому-болезни. Примером может служить вирус табачной мозаики. Вначале полагали, что вирусы — это стабильные системы, и каждую совокупность симптомов приписывали другому вирусу. Однако к началу 30-х годов выяснились три важных обстоятельства: а) вирусы могут существовать в виде различных штаммов, способных вызывать разные симптомы у одного и того же растения-хозяина; б) разные вирусы могут вызывать очень сходные симптомы у одного и того же растения-хозяина; в) некоторые болезни могут быть вызваны присутствием сразу двух неродственных вирусов. Джонсон в 1927 году [885] и в своих последующих работах подчеркивал, что для идентификации вирусов следует учитывать не только растения-хозяева и симптомы болезни, но использовать также какие-то другие критерии. Он указывал, что более надежными критериями были бы такие свойства вирусов, как термостабильность in vitro. Например, для вируса табачной мозаики это звучало бы так: табачный вирус 1. Джонсон и Хогген [888 составили описательный ключ, взяв за основу 5 признаков: способ передачи, природные или дифференцирующие хозяева, долговечность in vitro, точка тепловой инактивации и отличительные или специфические симптомы. Эта. система охватывала около 50 вирусов.[ . ]

Прививка может оказаться эффективным способом передачи вирусов, когда другие методы безуспешны, однако использование прививки не всегда приводит к достижению ожидаемых результатов. В ряде случаев это может объясняться тем, что в растении, от которого взят якобы зараженный привой, не произошло полного системного распространения вируса. В других случаях, когда ткань здорового растительного материала, который используется для прививки, реагирует на заражение вирусом местной некротической реакцией, передачи болезни может и не произойти. Возможно, именно этим и объясняется тот факт, что эти сорта слив очень редко оказываются инфицированными данным вирусом в садах. При обычных условиях для различных вирусов необходимо различное минимальное время для того,. чтобы осуществилась их передача в результате прививки. Так, для 12. вирусов, поражающих Prunus, которые были исследованы Фридлендом [562], минимальное время, необходимое для передачи вируса в 100% случаев при прививке почек, варьировало от, 48 до 152 ч [562].[ . ]

При механической инокуляции инфекционный вирус или вирусная РНК вводятся в клетки через повреждения, вызванные тем или иным способом на поверхности растения. При этом, если вирус способен репродуцироваться в клетке, развивается инфекция. Этот способ передачи вирусов имеет большое значение для многих разделов экспериментальной вирусологии, особенно для различных методов количественного определения вирусов (гл. И), а также при изучении ранних этапов взаимодействия вируса с чувствительными клетками (гл. Использование вирусной РНК в качестве инокулума мы рассматривали в гл.[ . ]

В последние годы выяснилось, что все или почти все вирусы передаются в природе только одним типом переносчика (гл. Немногочисленные сообщения о том, что вирусы переносились представителями двух различных групп членистоногих, нуждаются в проверке. Тип переносчика служит весьма устойчивым признаком, полезным при выделении основных групп вирусов. Однако в пределах данной группы вирусов или вирусных штаммов могут существовать значительные различия в эффективности и возможности передачи одним переносчиком данного вида. Способ передачи инфекции переносчиком (с помощью стилета или циркулятивным путем у тлей, па наружных покровах, в спорах грибов и т. д.) служит дополнительным критерием при классификации вирусов.[ . ]

В отдельных особях долгоживущих древесных растений вирусы могут сохраняться в течение сотен лет. Однако, будучи облигатными паразитами, вирусы для того, чтобы выжить, должны обладать способностью передаваться от одной чувствительной особи к другой с достаточной частотой. Знание тех способов, с помощью которых вирусы могут передаваться от одного растения к другому, представляется важным для нас по нескольким причинам: 1) при экспериментальной работе вывод о том, что данное заболевание вызвано вирусом, можно сделать лишь в том случае, если с помощью какого-либо метода удается передать вирус на здоровые особи и воспроизвести заболевание; 2) вирусы важны в экономическом отношении лишь тогда, когда передаются от растения к растению с большой частотой, учитывая нормальную продолжительность вегетационного периода, характерного для данной, ценной в хозяйственном отношении культуры; 3) для разработки успешных защитных мероприятий необходимо знание путей распространения вируса и механизмов развития инфекции; 4) вопрос о взаимоотношениях вирусов с переносчиками — беспозвоночными и грибами — имеет значительный общебиологический интерес; 5) некоторые способы передачи вирусов, особенно механические, играют большую роль при исследовании вирусов в лаборатории.[ . ]

Имеется несколько сообщений (к примеру [976]) о том, что иногда вирус скручивания листьев картофеля может передаваться без латентного периода (например, в течение часа после 30-минутпого питания на больном растении). Таким образом, возможно, что вирус скручивания листьев картофеля, а также, вероятно, некоторые другие циркулирующие вирусы передаются двумя путями: прямым способом, подобно вирусам, передаваемым с помощью стилета, и еще одним способом, когда передача вируса связана с его размножением в переносчике.[ . ]

Самопроизвольная прививка — довольно редкое событие, и подобный способ передачи вирусов не имеет широкого распространения в природе.[ . ]

Вопрос о том, насколько важпую роль играет инфицированная пыльца в процессе передачи вирусов в полевых условиях, еще достаточно не изучен. Вполне возможно, что в случае перекрестноопыляющихся древесных многолетников этот способ передачи имеет более важное экономическое значение, чем в случае однолетних культур. Для некоторых вирусов характерно, что инфицированная пыльца может вызывать заражение только образующихся в конце концов семян, когда опыляются цветки здоровых растений. Однако в случае других вирусов заражается, вероятно, само растение. Например, Джилмер [G42] сообщил об экспериментальной передаче вируса желтухи вигагги от дерева к дереву с помощью пыльцы.[ . ]

Холмс [818] опубликовал классификацию, в основу которой были положены реакции хозяипа и способы передачи инфекции, Он использовал биноминальную и трипоминалъную системы латинских названий. Например, вирус табачной мозаики превратился в Marmor tabaci, Holmes. Основу его классификации составляли болезни, а не вирусы, и поэтому 53 из 89 рассмотренных Холмсом вирусов попали в род Marmor, объединявший вирусы, о которых уже в то время было известно, что они резко различаются по своим свойствам (например, вирус табачной мозаики и вирус кустистой карликовости томатов). Тем не менее латинская биноминальная система привлекла внимание ряда исследователей, которыми были предложены различные модифицированные схемы [ 1066, 1122, 1123, 1806]. Система Холмса была одобрена Номенклатурной комиссией Американского фитопатологического общества 327]. Позднее Холмс опубликовал пересмотренную схему (эта схема вышла в качестве приложения в 6-м издании определителя микробов Берджи [172], включавшего, помимо вирусов растений, также вирусы животных и бактерий). Этот вариант системы все еще грешил явными несообразностями в определении целого ряда групп. Многие вирусологи вообще считали использование биноминальной системы латинских названий применительно к вирусам невозможным или в лучшем случае преждевременным. Хансен [704, 705] предложил систему классификации, основанную па свойствах вирусных частиц, симптомах заболеваний и способах передачи. В этой классификации используются латинизированные кодовые названия, содержащие информацию о вирусах, которые могут служить источником родовых наименований для латинизированной биноминальной системы.[ . ]

Микологический институт планирует в качестве, помощи вирусологам периодическое издание (в виде брошюр) сводок по отдельным вирусам, в которые должны быть включены синонимы, библиография, описание вирусных частиц и их свойств, главные вызываемые ими болезни, спектр хозяев, симптоматология (с иллюстрациями, позволяющими судить о типичных симптомах), перечень штаммов вируса, способы их передачи, методы очистки и данные о географическом распространении. Эти сводки будут составлены вирусологами, внесшими наибольший вклад в изучение рассматриваемого вируса.[ . ]

Холмс [814] показал, что местные некротические поражения, образующиеся на листьях Nicotiana glutinosa в результате механической инокуляции ВТМ, можно использовать для оценки относительной инфекционности вируса. Этот метод оказался более точным и требовал меньше опытных растений, чем старый способ оценки в инокулируемой группе числа инфицированных растений с системным поражением. Начиная с этого времени много усилий было направлено на поиски растешгй-хозяев, у которых те или иные вирусы вызывали местные поражения. Вероятно, именно поэтому все имеющиеся в нашем распоряжении сведения о вирусах растений имеют тот недостаток, что большая часть исследований проводилась с использованием вирусов, для которых были известны растения-ипдикаторы, реагирующие образованием местных поражений в ответ на заражение. Различные аспекты механической передачи вирусов обсуждаются в гл.[ . ]

Когда сельскохозяйственные мероприятия или некоторые другие факторы существенно ие меняются, можно ожидать, что в отношении каких-то определенных видов растений-хозяев и условий окружающей среды отбор штаммов вируса будет идти до тех пор, пока не станут доминировать штаммы, наилучшим образом приспособленные к условиям существования. Основные факторы, влияющие на выживаемость штамма, таковы: 1) эффективная передача насекомыми или иными способами; 2) более быстрое размножение и распространение но растению, чем у конкурирующих штаммов; 3) развитие слабой или не слишком сильной формы заболевания.[ . ]

На протяжении почти всего периода между 1900 и 1935 гг. внимание исследователей было сосредоточено на описании как макроскопических симптомов болезней, так и цитологических нарушений, обнаруживаемых с помощью светового микроскопа. Проводилось также изучение спектра растений-хозяев и способов передачи болезнетворных агентов. Были предприняты довольно безуспешные попытки улучшить методы фильтрации, чтобы иметь возможность более точно определить размеры вирусных частиц. Это были почти единственные аспекты проблемы вирусных инфекций, которые можно было изучать с помощью существовавших в то время методов. Проводилось также исследование влияния различных физических и химических факторов на инфекционность вирусов, но методы тестирования инфекционного материала были примитивными. Холмс [814] показал, что местные поражения, возникающие у некоторых растений-хозяев в результате механической инокуляции, могут быть использованы для быстрого количественного определения инфекционности вируса. Этот способ значительно облегчил изучение свойств вирусов и явился основой методов их выделения и очистки, появившихся несколько лет спустя.[ . ]

Прививка по существу представляет собой форму вегетативного размножения, при которой часть одного растения растет на корнях другого. При этом, как только произойдет срастание тканей, подвой ж привой вместе образуют одну особь. В том случае, когда для подвоя или для того растения, часть которого использована в качестве привоя, характерна системная инфекция, привитое растение в целом оказывается зараженным при условии, что оба партнера чувствительны к вирусу. Начиная с первых дней исследования вирусов растений в качестве доказательств вирусной природы: заболевания обычно принимались два рода фактов, а именно возможность передачи заболевания с помощью прививки и отсутствие какого-либо патогенного агента, который можно было бы обнаружить с помощью светового микроскопа. Теперь известно, что многие вирусы, которые, как когда-то считалось, передаются только путем прививки, столь же успешно передаются и другими способами.[ . ]

Перенос вирусной инфекции может быть осуществлен механическим поражением растений и внесением сока с ним, прививкой части больных растений на здоровые, а также при помощи насекомых.

Заражение часто происходит уже при самом ничтожном поранении. Например, для заражения табака вирусом мозаики достаточно наличия обломленного волоска этого растения.

В зараженном растении частицы вируса распространяются совершенно пассивно с пластическими веществами, вырабатываемыми листьями. Скорость распространения вируса в растении зависит от скорости тока питательных веществ и строения растительных тканей. В паренхимных тканях вирус перемещается медленно, не превышая 0,01 мм в час. Переход вирусных частиц из клетки в клетку осуществляется по протоплазменным нитям, соединяющим клетки между собой. Во флоэме перемещение вируса совершается более быстро и измеряется сантиметрами в час (1,25 см в час для табачной мозаики).

В природе распространение вируса осуществляется следующими способами:

  1. механической передачей с соком больных растений;
  2. с растительными остатками, в которых вирус сохраняет активность;
  3. передачей через почву;
  4. с вегетативными частями и органами растений;
  5. с семенами;
  6. насекомыми.

Роль насекомых. Среди различных способов распространения вирусов преимущественное значение имеют насекомые. Некоторые ученые считают, что насекомым в распространении вирусов принадлежит главная роль. Большинство насекомых — переносчиков вирусных болезней имеет сосущий ротовой аппарат (тли, цикады, щитовки, трипсы). С помощью тонкого стилета насекомое прокалывает растительные клетки, не вызывая быстрой их гибели, и вносит вирус в растительные клетки.

Наибольшую роль в распространении вирусов играют тли и цикады. Тли — неспецифичные переносчики, так как тли каждого вида могут переносить вирусов нескольких видов и, наоборот, вирусы некоторых видов переносятся тлями многих видов. Например, персиковая тля переносит вирусы 21 вида, а желтуху лука переносят тли 53 видов. Цикады — обычно строго специфичные переносчики. Закукливание злаков передается только темной цикадой, а мозаика пшениц — полосатой.

Отношения между вирусными болезнями и цикадами довольно сложные. Цикады, питающиеся на зараженном растении, не сразу приобретают инфекционность, а только через определенный промежуток времени, в течение которого вирус проходит длинный путь в теле насекомого. Это время от момента питания насекомого соком больного растения до способности его заражать здоровое растение называется инкубационным периодом и измеряется различными сроками; например, для вируса курчавости верхушек сахарной свеклы — 4 ч, а мозаики озимой пшеницы — 18 дней. Что касается сохранения вируса в организме насекомого, то такие вирофорные цикады могут потом заражать растения в течение нескольких дней, недель, а иногда и в течение всей своей жизни.

Передача через почву, в которой находятся зараженные растительные остатки, доказано для значительного количества вирусов (вирус некроза табака, розеточность озимой пшеницы, желтая мозаика винограда и др.). Проникновение вируса в клетки растения происходит через поранения, возникающие на корнях в результате роста, междурядной обработки, почвенными насекомыми. Некоторые вирусы сохраняют инфекционность в почве длительное время.

Например, вирус мозаики озимой пшеницы сохраняется в почве в активной форме в течение 6 лет, а возможно, значительно дольше.

Передача вирусов через семена зараженных растений встречается довольно редко. Возможность такой передачи доказана для обыкновенной мозаики фасоли и сои, желтухи вишни и др. болезней. Вирус может находиться на поверхности семян, откуда попадает на всходы (вирус табачной мозаики), а также внутри семян, в клетках зародыша (вирус мозаики фасоли и сои). В последнем случае из зараженного семени вырастает больное растение.

При вегетативном размножении пораженных растений вирусы, как правило, передаются потомству. Все вирусные болезни картофеля передаются с клубнями, вирусные болезни свеклы — с корнями, у многолетних растений в распространении вирусных болезней огромную роль играет посадочный материал (черенки, отводки, молодые деревья и т. п.). В посадочном материале происходит перезимовка и сохранение вируса. В перезимовке вирусов большую роль играют зимующие и многолетние сорняки. Например, вирус закукливания злаков может перезимовывать в корневищах пырея, а вирусы пасленовых — в зимующих розетках белены.

Механическая передача вируса с соком имеет место при немногих вирусных болезнях. Это происходит в результате механических повреждений пораженных и здоровых растений руками или инструментами во время работы по уходу за растениями, или во время уборки урожая, а также во время прививок. Например, вирус табачной мозаики легко переносится от больных растений к здоровым при проведении таких агротехнических приемов, как пикировка рассады, высадка ее в грунт, при подвязке растений, пасынковании и т. д. При проведении таких работ сок из случайно пораненных клеток больных растений попадает на руки рабочих и при дальнейшем контакте может быть внесен в повреждаемые таким же способом клетки здоровых растений, вызывая их заражение.

Условия развития растений оказывают большое влияние на распространение и степень поражения их вирусными болезнями. Из экологических факторов наибольшее влияние оказывает питание, а также температура и освещение.

Основным решающим фактором, под влиянием которого растения быстрее или медленнее развиваются, становятся более устойчивыми или восприимчивыми к болезням, является питание. По некоторым данным американских ученых, избыток азотного питания стимулирует размножение вирусов в растениях и приводит к увеличению числа пятен на листьях табака, пораженного вирусом мозаики. Калий в малых количествах повышает, а в больших количествах снижает восприимчивость растений, не оказывая заметного влияния на их рост.

Свет может оказать большое влияние на жизнедеятельность вируса, на выраженность симптомов и интенсивность поражения растений вирусными болезнями. В зараженных листьях табака, выдерживаемого в темноте, вирус табачной мозаики размножается медленнее, чем при нормальном освещении. Но непродолжительное затемнение растений с последующим освещением стимулирует размножение вируса. Различие в интенсивности освещения растений оказывается на их поражаемости вирусными болезнями. Например, в условиях теплицы со слабым освещением наблюдается сильное Поражение растений табака вирусом некроза, а летом — лишь в редких случаях. Вирус кустистости и карликовости томатов зимой в тепличных условиях — весьма вредоносные заболевания, вызывающие гибель растений томатов, а летом это относительно малоопасные болезни.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

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:

Пожалуйста, не занимайтесь самолечением!
При симпотмах заболевания - обратитесь к врачу.

Copyright © Иммунитет и инфекции