Наталья Блажко, Валерия Рябинина
(ООО НИЦ «Инновации»)
Вирусы (от латинского слова virus – яд) – субмикроскопические надмолекулярные создания природы, являющиеся своеобразной неклеточной формой жизни, способной воспроизводиться только в клетке. С точки зрения паразитологии вирусы – внутриклеточные генетические паразиты; с точки зрения биохимии – белково-нуклеиновые комплексы; с точки зрения молекулярной генетики – мобильные генетические элементы.
Немного истории и общих понятий
Примечательно, что открытие вирусов произошло на примере табачной мозаики. Именно в 1892 году биолог Дмитрий Иосифович Ивановский доложил на заседании Российской академии наук о том, что он обнаружил удивительную закономерность. Сок, полученный из растений табака, пораженных мозаичной болезнью, и пропущенный через задерживающий бактерии фарфоровый фильтр, сохранял способность заражать здоровые растения. Исходя из этого факта, ученый предположил, что данный фильтрат содержит либо мельчайшие бактерии, либо выделенные ими ядовитые вещества – токсины. Спустя шесть лет нидерландский микробиолог Мартин Виллем Бейеринк получил сходные результаты и ввел понятие «фильтрующийся вирус». Первое слово из этого названия со временем отпало, а второе обрело свое современное значение.
Сам Бейеринк предполагал, что фильтрующийся вирус – это жидкое «заразное начало». Д. И. Ивановский придерживался мнения, что оно твердое. Только в 1939 году, вскоре после изобретения электронного микроскопа, исследователи смогли, наконец, рассмотреть невидимый вирус. Интересно, что первым был сфотографирован именно вирус табачной мозаики. Снимки опубликовали в журнале «Естествознание» (Naturwissenschaften).
Рисунок 2. Первое опубликованное фото вируса табачной мозаики
Единица вируса называется вирион и представляет из себя нуклеиновую кислоту, окруженную белковой оболочкой – капсидом. В большинстве своем фитовирусы – РНК-содержащие, но есть такие, в составе которых находится ДНК. Например, вирус желтой курчавости листьев томата (Tomato Yellow Leaf Curl Virus, TYLCV). По своей форме вирусы растений разнообразны. Та же табачная мозаика имеет вид палочек, вирус огуречной мозаики – округлой формы (рисунок 3).
Рисунок 3. Фото электронной микроскопии вируса огуречной и табачной мозаики
Стадии жизненного цикла вируса
Вирусы не могут размножаться вне клеток живого организма. Различают две формы внутриклеточного вируса – интегрированную (покоящийся провирус) и вегетативную (представляет собой функционально активный геном). Найдя восприимчивую клетку, независимо от вида хозяина, вирус реализует следующие стадии (этапы) жизненного цикла:
- специфическая адсорбция вирусной частицы на клеточной поверхности;
- проникновение/раздевание генома;
- экспрессия (ранняя и поздняя) генов: транскрипция и трансляция;
- репликация вирусного генома;
- сборка вирусных частиц;
- выход вирусного потомства из клетки.
Разберемся в этом поподробнее, но не погружаясь слишком глубоко.
Специфическая адсорбция вирусов к клеткам и тканям определяется присутствием на мембранах клеток-хозяев рецепторов и антирецепторов – на поверхности вирусов. Вирусные антирецепторы также называют прикрепительными белками. На фотографии вирионов их можно увидеть в виде шипов, фибрилл, пепломеров. Однако антирецептор (функциональная часть молекулы прикрепительного белка), как правило, экранирован от случайных взаимодействий и находится в углублении поверхностной структуры.
Проникновение вирусного генома в клетку обычно происходит очень быстро после специфического прикрепления вириона к рецептору на клеточной мембране. В отличие от адсорбции это процесс энергозависимый, и, чтобы проникновение произошло, клетка должна быть метаболически активной.
Внутриклеточный транспорт. Проникнув в цитоплазму, вирусные нуклеокапсиды транспортируются в пределах клетки вдоль микроканальцев, используя клеточные транспортные белки.
Внутри клетки вирус осуществляет три молекулярных процесса: транскрипцию, трансляцию и репликацию геномной нуклеиновой кислоты. На каждой стадии вирус вмешивается в клеточные синтетические механизмы и подчиняет их своим задачам, создавая приоритеты для вирусных нуклеиновых кислот.
Образование целостной инфекционной вирусной частицы включает сборку капсида, упаковку геномной нуклеиновой кислоты, приобретение оболочки, созревание вириона. После завершения этих процессов из клетки-хозяина выходят множественные копии исходного вируса.
Транспорт вируса в растении
Основная задача вирусов – заразить как можно больше хозяев, чтобы максимизировать свои шансы на выживание. Проникновение в растение происходит через поврежденные ткани и устьица.
Существует два основных пути транспорта вируса в организме растения: короткий – через плазмодесмы от клетки к клетке, и длинный – через сосудистую систему по флоэме. Плазмодесмы (рисунок 4) обычно пропускают только небольшие диффундирующие молекулы, такие как различные метаболиты. Ни вирусные частицы, ни вирусная геномная нуклеиновая кислота не могут пройти через них без дополнительного воздействия транспортных белков вируса. Многим также требуются белки оболочки (капсида).
Рисунок 4. Строение плазмодесмы
Факторы, влияющие на репликацию вируса в растении
После проникновения вируса в растения в клетках запускаются реакции, которые направлены на подавление развития инфекции – иммунный ответ.
У растений различают два основных типа иммунитета: врожденный (естественный) и приобретенный (искусственный).
Врожденный, или естественный иммунитет – это свойство растений не поражаться той или иной болезнью. Такой иммунитет передается по наследству из поколения в поколение. Все случаи врожденного иммунитета делятся на две категории: пассивную и активную.
Пассивный иммунитет представляет собой свойство растений препятствовать внедрению патогена и его развитию в тканях растения-хозяина. Он существует независимо от наличия паразита и определяется генотипом растения, его структурно-морфологическими, физиологическими и биохимическими особенностями. На этом основано одно из направлений в селекции растений на устойчивость к болезням.
Активным иммунитетом называют свойство растений активно реагировать на внедрение в него паразита и воздействие патогена, проявлять ответные защитные реакции: сопротивление растений проявляется в виде активации деятельности ферментных систем, образования нейтрализующих соединений, формирования барьеров из отмерших клеток и тканей (реакция сверхчувствительности).
Повышение устойчивости растений под влиянием внешних факторов или после перенесенного заболевания, протекающее без изменения генома, получило название приобретенной, или индуцированной устойчивости. На этом основана вакцинация растений ослабленными штаммами вирусов.
Недостаток наличия двухвалентных металлов в доступной для растения форме, таких как Fe, Mg, способствует тому, что ферментные системы растения не могут полноценно вырабатывать вещества, которые подавляют развитие инфекции в организме. А следовательно, активный иммунитет растения не может в полной мере реализовать защитные функции.
Стресс-факторы, такие как температура, питание, микроклимат, наличие сопутствующих инфекций, нагрузка на растение и так далее, также способствуют истощению иммунной системы растения.
В некоторой мере это может быть решено за счет применения иммуностимуляторов и иммуномодуляторов – веществ, стимулирующих пероксидазную активность не за счет собственных резервов растения. В качестве разовой меры их применение способствует активации защитных механизмов организма, но регулярное применение приведет к тому, что иммунитет растения будет не способен реагировать даже на малейший стресс. Как известно, загнанная лошадь дохнет.
Как распознать вирусы
Определить, что растение заражено вирусами, можно по любым визуальным изменениям, нетипичным для физиологических состояний. В первую очередь изменения появляются на макушке – междоузлия сокращаются, листья меняют свой цвет и форму. Растения замедляют свой рост и развитие. В отличие от грибных и бактериальных болезней нет изменений в сосудах стебля, отсутствует экссудат и гнилостный запах. Для вирусных инфекций всегда характерна очаговость. А при проведении мониторинга зараженности растений четко заметно распространение инфекции по ходу уходных работ, а не по матам.
Стоит также иметь в виду тот факт, что вирус внутри растения распределен неравномерно. Наибольшее его количество содержится в среднем ярусе растений. Верхушка накапливает меньшее количество, чем средний ярус. В нижнем ярусе вирус практически не сосредоточен.
Значение мониторинга
Невозможно говорить об эффективности работы по борьбе и профилактике вирусных инфекций без проведения мониторинга. Главное – правильно выстроить эту систему. Тогда можно прогнозировать развитие вирусных вспышек на комбинате, видеть результаты профилактических мероприятий, вовремя начинать обработки противовирусными средствами.
Оценка состояния растений по видимым признакам должна обязательно проводиться с использованием балльной системы. Так, для каждого признака разрабатывается шкала, например от 0 до 10, где изменениям по степени проявления присваивается балл. После этого проводится оценка растений по каждому признаку и все баллы суммируются (таблица 1).
Таблица 1
Пример балльной оценки состояния растения
| Визуальный признак | Степень | Вариации |
| Отставание в росте | 0 | оценка степени отставания в росте |
| Деформация листовой пластины | 8 | морщинистость, куполообразный лист, скручивание, спиралеобразность, нитевидность, бугристость |
| Изменения цвета листовой пластины | 2 | более темное окрашивание, более светлое окрашивание, антоциановое окрашивание, хлороз, звездчатость, мозаичность |
| Изменение размера листовой пластины | 0 | уменьшение площади листовой пластины, как результат – снижение фотосинтетической способности |
| Изменение окраски плода | 0 | неравномерное окрашивание, кольцевые пятна другого цвета, прозрачность, мозаичность |
| Деформация плода | 0 | изменение симметрии, уплотнения, некрозы, бугристость, растрескивание, размягчение |
| Некротические поражения | 2 | краевые, по всей площади листа, в одном ярусе или по всему растению |
| ИТОГО | 12 |
Балльная оценка помогает наглядно оценивать эффективность противовирусных обработок (было – стало). Важно, что при наблюдении растений в динамике правильно оценивать растения по отрастаниям. Так, например, хлорозы и некрозы необратимы и останутся в среднем ярусе. Если в течение противовирусных обработок наблюдается отрастание верхушек без признаков инфекции, то такое растение необходимо держать под контролем, но не причислять к вирусным. Растение в данный момент времени справляется с инфекцией.
При этом те растения, которые более двух недель значительно отстают в росте (отрастания –30% относительно других), скорее всего, не справятся с инфекцией. Слабые растения являются резервуаром, или естественным источником накопления вируса.
Оптимальная кратность проведения визуальной оценки состояния растений – 1 раз в 7 дней.
Что должна включать в себя оценка?
- Параметры, которые были отражены в таблице «Оценка состояния растений»;
- Расположение очагов (например, визуализация цветом);
- Движение уходных работ;
- Рабочие закрепленные за каждым участком (желательно в визуальном отображении цветом);
- Карты мониторинга еженедельно не дополняются, а заполняются новые;
- Лучше, если учет ведется в специальном приложении или в таблице, это открывает дополнительные аналитические возможности;
- На карту нужно накладывать внесение целевых препаратов.
Работает ли профилактика
Любые вирусные инфекции подчиняются математическим законам. Пройдя некое пороговое значение, количество вирусов в популяции начинает увеличиваться, подчиняясь экспоненциальному уравнению, что наглядно видно при построении графика (рисунок 5).
Рисунок 5. Графики распространения вирусной инфекции с проведением профилактических мероприятий и без них
Эффективными можно признать профилактические меры, которые отражаются линейным графиком или сдвинуты во времени при экспоненциальном росте зараженных растений относительно контрольной группы.
Если на комбинате профилактические мероприятия не проводятся, то построение графика позволит начать противовирусные обработки вовремя. Именно точка начала экспоненциального роста – лучшее время для начала противовирусных обработок. Это позволит рационально расходовать средства защиты растений на комбинате. Так, регулярное применение мультиферментного комплекса «Энзим-ФИТО» именно с этого момента позволит сдерживать развитие вирусной инфекции до окончания оборота для получения полного объема урожая.
Схемы защиты
Единой эффективной схемы защиты растений, которая работала бы на каждом предприятии, не существует. Много факторов влияет на появление вирусных инфекций в теплицах и скорость их распространения. Это и вирусный фон комбината, и качество посевного или посадочного материала, и количество оборотов, и применение интерплантинга, дисциплинированность овощеводов и т.д.
Еще один момент, по которому можно разделить агрономов тепличных хозяйств на два лагеря, – это необходимость диагностики для определения вида вируса. Одни убеждены, что все равно, какой вирус, и надо начинать действовать, вторые считают определение вида патогена необходимым. Все зависит от того средства, которое выбирается для борьбы с вирусами.
Если говорить об «Энзим-ФИТО», то для составления эффективной схемы защиты растений важно знать, с каким именно вирусом имеем дело. От того, РНК- или ДНК-содержащий вирус, от строения капсида зависит и кратность применения средства. При каких-то инфекциях достаточно еженедельных обработок, для других необходимы более частые обрызгивания.
При проведении противовирусных обработок важно помнить о неравномерности распределения вируса в растении. Нужно обрабатывать все растение целиком, захватывая все ярусы. Обработка только верхушек неэффективна. Вирус из средних ярусов будет и дальше мигрировать по растению, приводя к развитию признаков болезни.
И напоследок
В этой статье мы прошлись по «верхушкам» вирусологии для обоснования мероприятий по борьбе и профилактике вирусных инфекций на комбинате. Разобрали, что мониторинг является необходимым инструментом в этой работе и как именно он должен проводиться, чтобы приносить пользу. Борьба с вирусами – приоритетное направление деятельности НИЦ «Инновации». У нас есть знания, опыт и средства, чтоб помочь вам составить индивидуальные схемы защиты, которые гарантированно будут работать в ваших условиях. Борьба с вирусами – это несложно, если мы с вами!
