حفاظت از گیاه در برابر ویروس: مروری بر رویکردهای مختلف

رویکردهای بیوتکنولوژیکی برای مقابله با فیتویروس ها

مبارزه با عفونت ویروسی به دلیل تکامل سریع ویروس ها و ماهیت انگلی اجباری ویروس ها پیچیده است. آنها به هسته سلول ها نفوذ می کنند، جایی که ویروس ها از ذخایر داخلی گیاه برای تولید مثل خود استفاده می کنند. اقدامات امیدوارکننده در برابر ویروس‌های گیاهی شامل برنامه‌های اصلاحی در خصوص ایجاد فرم‌های مقاوم به ویروس است که به‌ویژه بر اساس روش انتخاب به کمک نشانگر برای ارزیابی دفاع ژنتیکی یک رقم و همچنین ایجاد واریته‌های تراریخته با مقاومت بالا در برابر ویروس است.

قرار دادن ژن‌های خاصی در ژنوم یک گیاه ممکن شده است، که بر اساس مهندسی ژنتیک است، که منجر به پروتئین‌های محافظ جدیدی می‌شود که تعیین می‌کنند مقاومت در برابر ویروس‌ها در سلول‌های گیاهی سنتز می‌شود. گونه های گیاهی با ژن های مقاومت شدید در برابر ویروس های خاص قبلاً به دست آمده اند. به عنوان مثال، انواع سویا L29 با مقاومت استثنایی در برابر جدایه های G5، G6، G7 و G5H به دست آمده است.

ژن های مقاومت R در طی عفونت در سلول های گیاهی بیان می شوند. بیش از 200 ژن R با مقاومت گیاه در برابر ویروس ها، باکتری ها و قارچ ها شبیه سازی شده است. ژن های R سیب زمینی مسئول مقاومت گیاه در برابر ویروس سیب زمینی X (PVX) هستند. ژن SW-5 گوجه فرنگی در برابر ویروس پژمردگی خالدار گوجه فرنگی مقاومت می کند و ژن های Tm و Tm2 گوجه فرنگی در برابر ویروس موزاییک گوجه فرنگی مقاومت می کنند. تجزیه و تحلیل جهش نشان داد که ژن‌های R فاکتورهای شروع ترجمه را رمزگذاری می‌کنند که منجر به غلبه بر عفونت ویروس RNA می‌شود. مطالعات در مورد مکانیسم‌های مولکولی مقاومت شدید و ارتباط آن‌ها با پاسخ حساسیت بیش از حد به این نتیجه رسیدند که همان ژن‌های NLR می‌توانند هم مقاومت شدید و هم پاسخ حساسیت بیش از حد را تحریک کنند. ژن‌هایی که عموماً فنوتیپ مقاومت شدید را ارائه می‌کنند، می‌توانند به منظور القای یک پاسخ حساس با افزایش تجربی سطوح سلولی پروتئین‌های پاتوژن مشتق شده تحریک شوند.

بیشتر پروتئین‌های NLR گیاهی از سه حوزه اولیه تشکیل شده‌اند که شامل دامنه مارپیچ-ترمینال N، گیرنده Toll/اینترلوکین-1 یا دامنه مارپیچ-مارپیچ واگرا، دامنه اتصال به نوکلئوتید مرکزی، و دامنه C-ترمینال غنی از تکرار لوسین (LRR). این پروتئین ها به عنوان گیرنده های ایمنی درون سلولی عمل می کنند و حالت اتصال به نوکلئوتید تا حدی توانایی آنها را برای القای پاسخ ایمنی کنترل می کند. پروتئین‌های غیرفعال NLR به طور خاص به ADP متصل می‌شوند، در حالی که شناسایی و اتصال پروتئین عامل بیماری‌زا به NLR اجازه می‌دهد تا به حالت فعال و متصل به ATP تغییر وضعیت دهد که می‌تواند پاسخ ایمنی را آغاز کند.

در حال حاضر در مجموع 30 ژن که مسئول مقاومت گیاهان سیب زمینی در برابر ویروس های X، T، A و M هستند شناسایی شده است. خاموشی ژنتیکی غیرفعال کردن یا کاهش یکی از ژن های گیاه با استفاده از تداخل RNA است که شامل سرکوب بیان ژن توسط RNA دو رشته ای است و همچنین برای ایجاد گیاهان مقاوم به ویروس اصلاح شده ژنتیکی استفاده می شود. خاموش کردن RNA یک مکانیسم ضد ویروسی ضروری است.

یک قطعه DNA از ژنوم جدا می شود و در یک ساختار ژنتیکی در موقعیت معکوس (ضد سنس) قرار می گیرد تا ژن هدف خاموش شود. RNA سنتز شده در این مورد چیزی را کد نمی کند، اما می تواند به mRNA ژن هدف متصل شود. ترجمه متوقف می شود و تخریب mRNA رخ می دهد و بیان ژن هدف به شدت کاهش می یابد یا حتی به طور کامل متوقف می شود.

در حال حاضر انتظارات زیادی برای مطالعه مسیرهای تنظیمی تشکیل مقاومت گیاه وجود دارد. انتقال سیگنال از عوامل خارجی منجر به فعال شدن پروتئین‌های سرین/ترئونین کیناز می‌شود که باقی‌مانده‌های ترئونین یا تیروزین سایر پروتئین‌های تنظیم‌کننده در این گروه را فسفریله می‌کنند که با فسفوریلاسیون فعال می‌شوند.

تعامل هماهنگ مسیرهای سیگنالینگ تنظیمی در طول عفونت گیاه رخ می دهد که منجر به بیان ژن های مقاومت و افزایش دفاع گیاه در برابر عوامل بیماری زا می شود. مطالعه مکانیسم‌های دفاعی ضد ویروسی گیاهان نشان داد که وقتی توسط عفونت مورد حمله قرار می‌گیرند، ژن‌های کدکننده پروتئین‌های PR را فعال می‌کنند که پروتئین‌های مرتبط با بیماری‌زایی هستند.

نوع و سطح تجمع پروتئین PR به ماهیت و سطح آسیب گیاه بستگی دارد. برخی از پروتئین های PR، مانند پروتئینازها و β-1،3-گلوکانازها، عفونت ویروسی گیاهان را ترویج می کنند. سایر پروتئین‌های PR، مانند مهارکننده‌های پروتئیناز، ریبونوکلئازها و پراکسیدازها، به طور موثری از گیاهان در برابر ویروس‌ها محافظت می‌کنند. سیستم های سیگنالینگ انباشت هماهنگ آنها را در گیاهان تنظیم می کنند. بنابراین، مشخص شده است که تجمع پروتئین‌های PR-10 در اطراف محل ورود یا زخم پاتوژن نشان‌دهنده مشارکت آنها در مکانیسم‌های دفاعی گیاه است. گیاهان تراریخته با افزایش بیان RNase نسبت به گیاهان اصلی نسبت به پاتوژن ها مقاوم تر هستند.

 معایب رویکردهای مهندسی ژنتیکی شامل این است که مقاومت اکتسابی اغلب خاص و کوتاه مدت است و مشکل خاموش کردن ژن وجود دارد. عوامل منفی کشت گیاهان اصلاح شده ژنتیکی مقاوم به ویروس های خاص شامل توزیع مجدد احتمالی ساختار گونه های ویروس است که می تواند سایر عفونت های ویروسی مضر را گسترش دهد. محدودیت هایی برای استفاده از ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی (GMOs) وجود دارد، مانند عدم استفاده از گونه های سیب زمینی اصلاح شده ژنتیکی در قزاقستان. روش‌های مدرن پیشگیری، و همچنین تشخیص و بازیابی مواد کاشت، در خط مقدم کنترل عفونت ویروس سیب‌زمینی قرار دارند.