Monet yleisten kasvivirusten aiheuttamat taudit heikentävät tärkeiden ruokakasvien satoja. Esimerkiksi perunan virukset voivat pahimmillaan tuhota jopa 80 prosenttia tartunnan saaneen pellon sadosta.
Kasvit eivät ole täysin aseettomia viruksia vastaan, vaikka niillä ei ihmisten tapaan olekaan immuunijärjestelmää. Merkittävin kasvisolun puolustuskeinoista virusinfektiota vastaan on geeninhiljennys. Siinä kasvisolu tunnistaa viruksesta peräisin olevan vieraan geneettisen materiaalin ja pilkkoo sen pieniin osiin.
– Nämä genomin pätkät ohjaavat puolestaan kasvisolun proteiineja tunnistamaan ja tuhoamaan virusgenomit. Tämän tuloksena virusproteiinien tuotto loppuu, eli viruksen geenien sanotaan ”hiljenevän”. Onnistunut puolustusreaktio takaa, että virus ei pääse leviämään kasvissa, kertoo dosentti Kristiina Mäkinen Helsingin yliopiston maatalous-metsätieteellisestä tiedekunnasta.
Virus voi kaapata kasvin puolustusjärjestelmän
Viruksilla on kuitenkin omat keinonsa vastustaa ja kiertää isäntäkasvin puolustusmekanismeja. Kristiina Mäkisen kasvivirologian ryhmä tutkii perunan A-viruksen vuorovaikutusta isäntäkasvin proteiinien kanssa. Yksi viruksen proteiineista kiinnostaa Mäkistä ja hänen tutkimusryhmäänsä aivan erityisen paljon, sillä se toimii kasvin puolustusjärjestelmää vastaan.
– Tämä proteiini ei ainoastaan kykene estämään geeninhiljennystä, vaan se pystyy valjastamaan geeninhiljennyksessä toimivat tekijät palvelemaan sekä oma lisääntymistään että uusien viruspartikkelien muodostumista. Virus siis ikään kuin pakottaa kasvin puolustuksen toimimaan alkuperäisen tarkoituksen vastaisesti, infektion hyväksi.
Vastustuskyvyssä perimällä on roolinsa – nykypäivän kasvinjalostustekniikoita tarvitaan
Luontaisesti virusresistenttejä kasveja tutkimalla on selvinnyt, että vastustuskyvyn taustalla on usein viruksen ja kasvin proteiinien vuorovaikutusta estäviä muutoksia kasvin perimässä. Muutosten saamiseksi kasvinjalostuksen käyttöön yliopistotutkija Maija Pollari näkeekin tarpeelliseksi alkaa hyödyntää nykypäivän kasvinjalostustekniikoita.
– Esimerkiksi juuri Nobelin palkinnon saaneiden tutkijoiden kehittämällä CRISPR-Cas9-menetelmällä on mahdollista kohdistaa viruksen toimintaa vastustavat muutokset juuri haluttuun paikkaan kasvin perimässä. Tämä on suuri edistysaskel verrattuna perinteiseen kasvijalostukseen, joka kasvien risteyttämisen lisäksi nojaa sattumanvaraisia muutoksia aiheuttavien kemikaalien ja radioaktiivisen säteilyn käyttöön, Pollari jatkaa.
Kristiina Mäkisen tutkimusryhmän löytämät kasvin ja viruksen proteiinien vuorovaikutukset tarjoavat uusia kohteita muokata isäntäkasveista vastustuskykyisiä perunavirukselle. Tutkijoiden tavoitteena on löytää kasviproteiineista kohta, jonka kautta se on kosketuksissa virusproteiiniin.
– Kun proteiinia muutetaan niin, että vuorovaikutus estyy, kasvin geeninhiljennysmekanismi saattaa taas saada yliotteen viruksesta. Viljelykäytössä virusresistentit lajikkeet vähentävät virustautien aiheuttamia menetyksiä ja sitä kautta parantavat satoja. Lisäksi on todennäköistä, että ympäristön kemikaalikuormitus keventyy, kun kirvojen torjuntaan käytettävien kemikaalien määrä pienenee, Kristiina Mäkinen toteaa.
Artikkelit:
Pollari M, De S, Wang A, Mäkinen K (2020) The potyviral silencing suppressor HCPro recruits and employs host ARGONAUTE1 in pro-viral functions. PLoS Pathog 16(10): e1008965.
De S, Pollari M, Varjosalo M, Mäkinen K (2020) Association of host protein VARICOSE with HCPro within a multiprotein complex is crucial for RNA silencing suppression, translation, encapsidation and systemic spread of potato virus A infection. PLoS Pathog16(10):e1008956.