Virusi predstavljaju pretnju za sve organizme, uključujući i biljke. Mala grupa biljnih matičnih ćelija se, međutim, uspešno brani od infekcije.
Marko Inkarbone, sada u MPIMP Golm, Gabriele Bradamante i njihovi koautori na Institutu za molekularnu biologiju biljaka Gregor Mendel (GMI) otkrili su da salicilna kiselina i interferencija RNK posreduju u ovom antivirusnom imunitetu biljnih matičnih ćelija. Nalazi su objavljeni u PNAS-u 12. oktobra.
Biljni virusi ugrožavaju zdravlje svojih domaćina, mogu se brzo i globalno širiti i izazivati poljoprivrednu produktivnost. Kada virusi uspešno zaraze biljke, infekcija se često širi kroz ceo organizam. Pa, ne u potpunosti: jedna mala grupa nepokolebljivih ćelija još uvek stoji, matične ćelije unutar vrha izdanka. Ova mala grupa ćelija stvara sva biljna tkiva iznad zemlje, uključujući sledeću biljnu generaciju, i iz razloga koji su još uvek slabo poznati, virusi nisu u stanju da se razmnožavaju u ovim ćelijama.
Marko Inkarbone, prethodno postdoktorski istraživač u grupi Ortruna Mitelstena Šajda na Institutu Gregor Mendel Austrijske akademije nauka (GMI), a sada vođa grupe na Institutu za molekularnu fiziologiju biljaka Maks Plank u Nemačkoj, pokušao je da otkrije molekularne osnove o tome kako se matične ćelije u apikalnom meristemu izdanaka bore protiv virusa zajedno sa dr. student Gabriele Bradamante i drugi članovi GMI grupe.
Da bi razumeli snažnu antivirusnu odbranu ove posebne grupe ćelija, Incarbone, Bradamante i kolege su prvo uspostavili platformu za skrining. „Razvili smo tehnike mikroskopije visoke propusnosti koje su nam omogućile da proučavamo mnoge meristeme Arabidopsis u nekoliko vremenskih tačaka nakon virusne infekcije, da bismo dali vremensku dimenziju našem istraživanju“, objašnjava Incarbone.
Koristeći ovaj dinamični, polu-kvantitativni pristup, istraživači su primetili da se virus mozaika repe – njihov biljni model po izboru – širi u njihovoj modelnoj biljci Arabidopsis thaliana, stiže do matičnih ćelija unutar vrha izdanka, pa čak i ulazi u ove ćelije, ali je zatim brzo isključen. „Iznenađujuće, ove ćelije su zaista dobre u izbacivanju virusa.“
Prošli rad na bliskom srodniku duvana dao je naznake da interferencija RNK – put koji inhibira proliferaciju virusa u biljkama i mnogim životinjama – igra ulogu u isključivanju virusa u biljkama. U potrazi za molekularnim bazama odbrane, istraživači su stoga pregledali mutantne biljke Arabidopsis koje propuštaju određene komponente puta interferencije RNK. Pored toga, proučavali su biljke kojima nedostaje salicilna kiselina, ključni odbrambeni hormon biljaka.
Kroz niz ciljanih eksperimenata, istraživači su mogli da vide da se tokom infekcije virusom aktivira proizvodnja salicilne kiseline. „Biljka prepoznaje virus i aktivira salicilnu kiselinu kao zvono za uzbunu.“ Salicilna kiselina zauzvrat aktivira ključni faktor u pojačavanju RNK interferencije, nazvan RDR1. RDR1 pojačava proizvodnju dvolančane RNK iz virusne RNK, dajući biljkama više sekvenci specifičnih za virus da usmere odbrambeni mehanizam protiv virusa koji napada.
„U borbi protiv virusa mozaika repe, i salicilna kiselina i RDR1 su neophodni da bi se virus izbacio iz matičnih ćelija – međutim, RDR1 se ne proizvodi unutar samih matičnih ćelija, već u tkivu ispod matičnih ćelija i u vaskulaturi, “ dodaje Inkarbon.
„Tamo generiše RNK zasnovane i najverovatnije mobilne informacije koje imuniziraju matične ćelije od dolazećeg virusa. Iako znamo da infekcija izaziva sveukupno povećanje salicilne kiseline, još ne znamo gde u biljci i u koje vreme tokom infekcije ovo se dešava. Trenutno pokušavamo da rešimo ovu zagonetku.“
Ali svaki virus je drugačiji. U borbi protiv drugih virusa, salicilna kiselina i RDR1 se aktiviraju, ali nisu nužno potrebni. „Međutim, na osnovu naših eksperimenata sa drugim virusima možemo zaključiti da je interferencija RNK uvek neophodna za odbranu matičnih ćelija od infekcije.
Ipak, matične ćelije čuvaju misteriju: biljni virusi često izbegavaju i potiskuju RNK interferencije u drugim biljnim tkivima. „Zašto virusi mogu da potisnu RNK interferencije u većini biljaka, ali ne i u ovim posebnim ćelijama? Ovo ostaje veliko pitanje.“
U nastavku rada, Incarbone će sada istražiti kako se virusi sprečavaju da pređu u seme i potomstvo zaražene biljke – koji se razvijaju iz zaštićenih matičnih ćelija. „Naši nalazi dodaju važno znanje o tome kako antivirusna odbrana matičnih ćelija funkcioniše i daju robustan molekularni okvir na kojem se može nadograđivati.“
