Ґрунтові водорості при взаємодії із вірусами вищих рослин: реакція культур та структурно-функціональні зміни в клітинах - Автореферат

Фактів щодо можливої негативної ролі ґрунтових водоростей як резервуарів вірусних інфекцій вищих рослин не наводились не лише у вітчизняній, але й у світовій літературі. Відповідно, присутність в агробіоценозах ґрунтових водоростей як можливих резервуарів вірусних інфекцій досі не враховується при дослідженні ймовірних шляхів циркуляції та зберігання фітовірусів. При цьому, з одного боку, експериментально доведено, що віруси, виявлені у ґрунті здатні зберігатись в ньому протягом досить тривалого періоду, а з іншого показано, що більшість з цих вірусів нестійкі поза межами клітин і в принципі зберігатися в ґрунті у вільному стані протягом тривалого часу не можуть. Вищенаведені факти свідчать, що питання про ґрунтові водорості як резервуари вірусних інфекцій вищих рослин заслуговує на увагу. Вивчення реакції ґрунтових водоростей при взаємодії із фітовірусами дозволить встановити роль ґрунтових водоростей як одного із можливих резервуарів вірусних інфекцій вищих рослин.Хоча за літературними даними віруси та ВПЧ знайдені у більше ніж 50-ти видів евкаріотичних водоростей з 11 відділів (Euglenophyta, Raphidophyta, Chrysophyta, Eustigmatophyta, Phaeophyta, Bacillariophyta, Dinophyta, Haptophyta, Cryptophyta, Rhodophyta, Chlorophyta), причому деякі з цих вірусів є РНК-вмісними та подібні до вірусів вищих рослин (див. огляди: Van Etten, 1991; Reisser, 1992; Zingone, 1995; а також: Cosper, 1994; Friess-Klebl, et al., 1994; Kostikov et.al., 1994; Suttle, Chan, 1995; Van Etten, 1995; Milligan et al., 1996; Muller et all., 1996; Kapp et al., 1997; Gastrich et al., 1998; Wolf et al., 1998; Shin, Boo, 1999;. Далеко не для всіх з них зясовано способи попадання в ґрунт, а також завдяки чому віруси, які є нестійкими в навколишньому середовищі, здатні зберігатись у ґрунті досить тривалий час (Поліщук та ін., 2001). Аналіз літературних даних, а також факти про еволюційну спорідненість деяких ґрунтових водоростей, зокрема з відділу Chlorophyta із вищими рослинами (Marin, Melkonian, 1999; Chapman, Waters, 2002) та подібність будови їх клітин свідчить, що ґрунтові водорості можуть проявляти чутливість до вірусів вищих рослин і відігравати роль резервуарів вірусних інфекцій вищих рослин. Матеріалом при дослідженні були альгологічно чисті культури ґрунтових мікроводоростей - Eustigmatos magnus (B.Petersen) Hibberd; Pleurochloris commutata Pasher; Chlamydomonas actinochloris Deason et Bold; Chlamydomonas globosa Snow; Chlamydomonas culleus Ettl; Chlamydomonas lobulata Ettl; Tetracystis pulchra Brown et Bold; Chlorosarcinopsis bastropiensis Groover et Bold; Chlorosarcinopsis dissociata Herndon; Chlorosarcinopsis gelatinosa Chantanachat et Bold; Neochlorosarcina negevensis (Fridmann et Ocampo-Paus) Watanabe; Chlorococcum elkhartiense Archibald et Bold; Bracteacoccus grandis Bischoff et Bold; Bracteacoccus minor (Chodat) Petrova; Dictyococcus cf.varians Gerneck em. Для встановлення первинного кола водоростей, в межах якого з найбільшою ймовірністю можна виявити водорості ? резервуари вірусних інфекцій вищих рослин, на основі літературних даних було виділено групи видів із найбільшим траплянням у ґрунтах та проаналізовано комплекси морфологічних особливостей цих видів, які можуть впливати на здатність вірусів проникати у клітини ґрунтових водоростей.Евкаріотичні ґрунтові водорості (зокрема, з відділу Chlorophyta) можуть бути уражені деякими вірусами вищих рослин, що вперше встановлено в умовах лабораторного експерименту за допомогою методів світлової, люмінесцентної та електронної мікроскопії, рослин-індикаторів, імуноферментного аналізу, поверхневого плазмонного резонансу та полімеразної ланцюгової реакції. Необхідною умовою для проникнення фітовірусів в клітини ґрунтових водоростей є наявність у водоростей стадій, на яких клітина контактує з навколишнім середовищем безпосередньо через ділянки плазмалеми, які не захищені від проникнення віруса клітинною оболонкою (т.зв. "вхідних воріт інфекції"), що показано на модельних системах "Bracteacoccus minor - вірус тютюнової мозаїки" та "Chlorosarcinopsis dissociata - вірус бронзовості томату". На модельній системі "Bracteacoccus minor - вірус тютюнової мозаїки" показано, що B. minor проявляє сприйнятливість до проникнення ВТМ, і, таким чином, може виступати резервуаром даного фітовірусу в природі.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Евкаріотичні ґрунтові водорості (зокрема, з відділу Chlorophyta) можуть бути уражені деякими вірусами вищих рослин, що вперше встановлено в умовах лабораторного експерименту за допомогою методів світлової, люмінесцентної та електронної мікроскопії, рослин-індикаторів, імуноферментного аналізу, поверхневого плазмонного резонансу та полімеразної ланцюгової реакції.

Необхідною умовою для проникнення фітовірусів в клітини ґрунтових водоростей є наявність у водоростей стадій, на яких клітина контактує з навколишнім середовищем безпосередньо через ділянки плазмалеми, які не захищені від проникнення віруса клітинною оболонкою (т.зв. "вхідних воріт інфекції"), що показано на модельних системах "Bracteacoccus minor - вірус тютюнової мозаїки" та "Chlorosarcinopsis dissociata - вірус бронзовості томату".

На модельній системі "Bracteacoccus minor - вірус тютюнової мозаїки" показано, що B. minor проявляє сприйнятливість до проникнення ВТМ, і, таким чином, може виступати резервуаром даного фітовірусу в природі.

На прикладі модельної системи "Chlorosarcinopsis dissociata - вірус бронзовості томату" показано, що водорість може проявляти надчутливість до дії фітовіруса, внаслідок чого гине і не може виступати резервуаром вірусної інфекції у природі.

На прикладі девяти видів ґрунтових зелених водоростей та двох фітовірусів встановлено, що фітовіруси проникають у водоростеві клітини при наявності у життєвому циклі т.зв. “вхідних воріт інфекції”, тобто стадій, на яких плазмалема клітини (у Bracteacoccus minor, B. grandis, Chlorosarcinopsis gelatinosa, C. bastropiensis, C. dissociata, Dictyochloropsis cf. splendida, Dictyococcus cf.varians), або принаймні її окремі ділянки (Chlamydomonas culleus та Neochlorosarcina negevensis) безпосередньо контактує з оточуючим середовищем.

Результати скринінгу антигенів 6-и фітовірусів у природних ізолятах 11-и найбільш поширених у ґрунтах видів евкаріотичних водоростей свідчать, що хоча б один з антигенів цих вірусів виявляється у 81% досліджених водоростей, тобто ґрунтові водорості характеризуються потенційно високим рівнем вірусоносійства.

В експерименті ураження ґрунтових водоростей фітовірусами не відбувається, якщо клітини повністю вкриті клітинними оболонками і не мають ділянок плазмалеми, що безпосередньо контактують із зовнішнім середовищем (вхідних воріт інфекції).

При дослідженні ультраструктури клітин Bracteacoccus minor з контрольної лінії встановлено, що збільшення кількості хлоропластів в клітинах B. minor відбувається за рахунок поділу парієтальних хлоропластів у поперечному напрямку та внутрішніх хлоропластів у поздовжньому напрямку, причому поздовжній тип поділу хлоропласта зафіксовано вперше.

На ультратонкому рівні у клітинах Bracteacoccus minor виявлено два топологічно асоційованих комплекси органел та клітинних структур: хлоропласт-мітохондріальний комплекс та асоційований ядерний комплекс, що складається з асоційованих з ядерною оболонкою пари центріолей та комплексу Гольджі. Отримані дані дозволяють поточнити класифікацію вікових станів та систему діагностичних ознак даного виду.

1. Бойко В.Р. Про необхідність вивчення ґрунтових еукаріотичних водоростей як можливих резервуарів вірусної інфекції вищих рослин // Науковий вісник Національного аграрного університету - 1998. - № 7. - С. 144-148.

2. Болтовець П.М., Бойко В.Р., Дяченко Н.С., Снопок Б.А., Ширшов Ю.М. Застосування поверхневого плазмонного резонансу для виявлення вірусних антигенів // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Сер. Біологія - 2001. - Вип. 35. - С. 9-11.

3. Boltovets P.M., Boyko V.R., Kostikov I.Yu., Dyachenko N.S., Snopok B.A., Shirshov Yu.M. Simple method for plant virus detection: effect of antibody immobilization technique // Journal of Virological Methods - 2002. - Vol. 105. - P. 141-146.

4. Болтовець П.М., Бойко В.Р., Іве М., Снопок Б.А., Ширшов Ю.М., Дяченко Н.С. Дослідження взаємодії імуноглобулінів та виявлення вірусних антигенів у клітинних гомогенатах методом поверхневого плазмонного резонансу // Мікробіологічний журнал - 2003. - Т. 65, № 4. - С.51-61.

5. Бойко В.Р., Костіков І.Ю., Сенчугова Н.А., Поліщук В.П., Шевченко Т.П. Про можливість штучного ураження ґрунтової водорості Bracteacoccus minor (Chodat) Petrova (Chlorophyta) вірусом тютюнової мозаїки // Вісник Запорізького державного університету - 2004. - № 1. - С.33-39.

6. Boltovets P.M., Snopok B.A., Boyko V.R., Shevchenko T.P., Dyachenko N.S., Shirshov Yu.M. Detection of plant viruses using a surface plasmon resonance via complexing with specific antibodies // Journal of Virological Methods - 2004. - Vol. 121. - P. 101-106.

7. Polischuk V.P., Kostikov I.Yu., Romanenko P.A., Boyko V.R. Probably viral ethiology of disease of soil alga Chlorococcum elkhartiense Arch.et Bold // 1-st European Phycological Congress (Cologne (EPC1), August 11-18, 1996). - Kohln, 1996. - Late Abstracs 2.

8. Бойко В.Р., Костіков І.Ю., Дарієнко Т.М., Бєлашов Є.В. Про можливу вірусну природу захворювання Chlorococcum elchartiense Arh. et Bold, виділенного з грунту // Тези ІІ Міжнародної конференції "Біоресурси та віруси". - 1998. - С.73-75.

9. Болтовец П.Н., Бойко В.Р., Снопок Б.А., Ширшов Ю.М. Применение метода поверхностного плазмонного резонанса для обнаружения вирусных антигенов в клетках водорослей // Тези ІІІ Міжнародної конференції "Біоресурси та віруси". - 2001. - С.5.

10. Boyko V., Senchugova N., Polishjuk V., Shevchenko T., Boltovets P., Hoffmann L., Kostikov I. Artificial infection of the soil alga Bracteacoccus minor by Tobacco Mosaic Virus // Programme and Abstracts of International symposium "Byology and Taxonomy of Green Algae IV" (Smolenice, Slovakia, 24-28, 2002) - 2002. - P.20.

11. Boyko V.R., Kostikov I.Yu., Boubriak I.I., Hoffmann L. Detection of Tobacco Mosaic Virus in green soil algae Chlorosarcinopsis dissociata Hernd. and Chlorosarcinopsis gelatinosa Chant. et Bold // Programme and Abstracts International conference "Algae in terrestrial ecosystems" (Kaniv, 2005). - Nizhyn. - 2005. - P. 21.

12. Boyko V.R., Kostikov I.Yu., Hoffmann L. Detection of tobacco mosaic virus in green soil algae // Programme and Abstracts of International symposium "Byology and Taxonomy of Green Algae V" (Smolenice, Slovakia, 25-29, 2007) - 2007. - P.16.

Размещено на .ru