Вирус желтой курчавости листьев томата повредил мозг насекомым ради собственной выгоды

Вирус желтой курчавости листьев томата (TYLCV) вызывает дегенерацию нейронов у своего переносчика — табачной белокрылки. Насекомые, чья нервная система повреждена вирусом, перестают избегать здоровые растения, в то время как белокрылки без вируса предпочитают питаться уже инфицированными. Это способствует максимальному распространению TYLCV. Научная статья опубликована в eLife.

Растения, как правило, не могут напрямую передавать друг другу вирусы, и тем приходится пользоваться переносчиками. Чаще всего в их роли выступают насекомые, которые, поедая различные части растения, поглощают и содержащиеся там вирусы. Чтобы невольная помощь переносчиков была максимально эффективной, можно изменить их поведение: например, заставить чаще есть здоровые (или, наоборот, зараженные, в зависимости от стадии инфицирования) растения.

Обычно такая избирательность достигается за счет опосредованного влияния: вирусы меняют метаболизм растений так, что те начинают выделять больше привлекающих насекомых веществ. Примеры, когда вирус растений напрямую менял поведение насекомых, практически неизвестны. Вирус полосатости риса и некоторые другие взаимодействуют с обонятельными рецепторами насекомых, в результате чего животные меняют предпочтения и начинают питаться в основном здоровыми растениями. Это помогает распространить инфекцию дальше — на те экземпляры, которые еще от нее не пострадали.

Юйчэн Сун (Yucheng Sun) и его коллеги из нескольких исследовательских учреждений Китайской академии наук обнаружили еще один пример непосредственного влияния вирусов растений на поведение насекомых и выяснили, что при этом происходит в нервной системе инфицированных. Исследователи изучили передачу вируса желтой курчавости листьев томата (tomato yellow leaf curl virus, TYLCV) между растениями томата (Solanum lycopersicum, сорт Moneymaker) посредством табачной белокрылки (Bemisia tabaci).

Чтобы понять, как меняется поведение белокрылок, их выпускали партиями по 30 штук в куб 40×40×40 сантиметров, где на равном удалении друг от друга стояло два инфицированных вирусом экземпляра томата и два здоровых. Через 10 минут считали, сколько насекомых будет на каждом растении. Тех, кто в этот момент оказывался на стенках куба, отмечали как не сделавших выбор. Также эксперименты по выбору растений проводили с использованием разветвленных стеклянных трубок по типу Y-образного лабиринта: в одном рукаве предъявляли запах растения, зараженного TYLCV, в другом — здорового, и ждали 10 минут. Похожее делали и со светом: из одного рукава светили зеленым (цвет здоровых растений), из другого — желтым (цвет поврежденных вирусом томатов).

Присутствие вируса в организме табачных белокрылок выявляли после этих экспериментов анализом ДНК (TYLCV — это ДНК-содержащий вирус). Состояние нервной системы, в первую очередь ганглиев в голове насекомых, определяли с помощью флуоресцентной микроскопии. К препаратам срезов мозга (который, впрочем, не гомологичен мозгу позвоночных) добавляли жидкость с флуоресцентными антителами к различным белкам в составе нейронов.

Выяснилось, что до заражения вирусом желтой курчавости листьев белокрылки избегают здоровые растения томатов, а после кормятся и на инфицированных, и на здоровых экземплярах, даже скорее предпочитая последние. По всей видимости, у насекомых портится обоняние. С различением цветов получилось аналогично: здоровые белокрылки шли на «больной» желтый, а зараженные вирусом не выказывали ему явного предпочтения.
В нервной системе белокрылок вирус желтой курчавости листьев томата провоцировал сильный иммунный ответ. Он приводил к тому, что в нейронах повышалась содержание белков каспаз (1 и 3b), что характерно для процессов запрограммированной гибели клеток. В мозге инфицированных насекомых наблюдали явные признаки нейродегенерации. Подавление экспресии генов каспаз замедляло ее.

Получается, что вирус из семейства, все члены которого заражают только растения, напрямую воздействует на нервную систему насекомых, ухудшает их обоняние и зрение и тем самым лишает возможности активно выбирать между здоровыми и инфицированными растениями-источниками пищи. Это помогает разнести TYLCV по максимальному количеству хозяев. Более глубокое понимание того, какие биохимические процессы за этим стоят, позволят сдерживать распространение вируса желтой курчавости листьев томата и, вероятно, других вирусов растений.

Вирусы растений не всегда вредят своим хозяевам. К примеру, вирус огуречной мозаики провоцирует инфицированные им растения выделять в воздух больше пинена и цимена — летучих веществ, которые привлекают насекомых-опылителей. Это приводит к тому, что зараженные растения чаще опыляются и популяционная устойчивость к вирусу не достигается (так как доля резистентных экземпляров поддерживается на низком уровне).

Светлана Ястребова

https://nplus1.ru/