Морфо-анатомічні зміни в клітинах рослини-господаря в значній мірі залежить від властивостей патогена і, як-що після проникнення у клітину вірус починає впливати на її життєдіяльність, певним чином змінюючи обмін нуклеїнових кислот, білковий синтез та ряд інших метаболічних процесів. В залежності від того, на якій стадії розвитку листка відбувається його зараження, відповідно і вираженність викликаних вірусом патологічних змін буде різною. На даний час відомо три основні види гістологічних змін у рослин при вірусній інфекції: 1) некроз або загибель клітин, тканин або органів; наприклад, Х-вірус картоплі (ХВК) викликає повний розпад флоемної тканини. 2) гіпоплазія; наприклад, клітини мезофілу проявляють мозаїчну хворобу, але вони не відрізняються від нормальних. 3) гіперплазія, коли нормальний поділ спостерігається в звичайних клітинах, але спостерігається ненормальний поділ в клітинах камбію. Також відомо два основних ефекту цитологічних змін при вірусній інфекції - ефект вірусної інфекції на нормальні клітинні структури та ефект утворення вірус-індукованих структур в клітині. 28 Вплив вірусу на окремі клітинні структури часто може бути подібним, але проявляється він для кожного вірусу специфічно. В залежності від описаного процесу вірусної інфекції рослини та стадій інфікування, доречно збагнути на те, що всілякий контакт вірусу із клітиною проходить через взаємодію із клітинною стінкою та мембранними комплексами клітини. Величезних структурних змін набуває клітинна стінка. У випадку клітинної стінки, як основної бар' єрної структури клітини, відомо три основні видозміни, такі, як: 1). Ненормальне потовщення, яке призводить до відкладення калози біля кордонів вірус-індукованих некрозів. 2). Виступи клітинної стінки, іноді плазмодесм, що вже відомо для деяких вірусів. 3). Відкладення електронно-щільного матеріалу між клітинною стінкою та плазматичною мембраною. Деструктивна дія вірусів на клітинні комплекси описана досить не погано, хоча і на зараз являється дуже важливо знати механізми вірусної локалізації та транспорту. Почнемо із органоїду №1 в клітині – ядра. Багато вірусів, наприклад, не викликають цитологічного ефекту на ядро, хоча деякі із них, такі, як наприклад, потівіруси спроможні викликати різноманітні видозміни у ядрі. Ядро може змінювати свою морфологію, утворювати інвагінації мембрани. Розглянемо подібні патологічні зміни в ядрі при вірусній інфекції скручування листя хмелю. Такі віруси, як Geminivirus, Rhabdovirus, вражуючи клітину, проводять реплікацію власних нуклеїнових кислот саме в ядрі, викликаючи певного роду видозміни. Для мітохондрій, у випадку вірусного впливу деяких вірусів, відмічається ненормальний розвиток мембранних систем, але на даний час ще бракує даних про зв, язок вірусної реплікації із утворенням дегенеративних ефектів. У випадку вірусної інфекції представника карлавірусної групи – ВСЛХ, спостерігалось присутність віріонів в мітохондріях та деструктивна дія останніх на систему зовнішньої та внутрішньої мембран. Великих змін набувають в результаті інфікування такі органели, як хлоропласти. Так, наприклад, вірус жовтої мозаїки турнепсу (ВЖМТ) викликає утворення сферичних везикул в структурі хлоропластів та біля них. Це все призводить до структурних та біохімічних порушень інших органел. Кардинальних цитологічних змін набуває клітина, коли вона наближається до летального вироку. Ці зміни вивчені за допомогою світлової та електронної мікроскопії, але всі ці дані не дають змоги зрозуміти, як саме вірусна інфекція вбиває клітину. Слід відмітити про безпосередню локалізацію вірусів в клітинах рослин – перше місце з яких займає цитоплазма, далі органоїди. Величезної цікавості 29 заслуговує вивчення питання про утворення вірусних включень в клітинах. Так, найбільшими представниками щодо утворень включень в клітинах, являються Потівіруси. Ці віруси (досить чисельні по представникам на різноманітних рослинних культурах) спроможні утворювати дуже різноманітні і цікаві за морфологією включення. Відомо багато змін у біохімічних та фізіологічних процесах, коли вірус інфікує рослину. Це зниження фотосинтетичної активності рослини, що супроводжується зменшенням кількості фотосинтетичних пігментів, рибосом хлоропластів та рибулозобіфосфаткарбоксилази, підвищення траспірації, підвищення активності деяких ферментів, в основному поліфенолоксидаз, підвищення чи зменшення активності регуляторів росту рослини. Для багатьох вірусних захворювань основні види метаболічних змін призводять до процесу старіння рослин. Метаболічні зміни, що індукуються вірусною інфекцією, часто не специфічні. Подібні зміни можуть проявлятись, коли причиною являються клітинні патогени, механічне або хімічне втручання. Іноді одна генетична мутація в рослині-господарі чи одна точкова мутація у вірусу призводить до переходу безсимптомного протікання захворювання до його бурхливого прояву. Також слід відмітити, що не тільки процес реплікації вірусу призводить до метаболічних змін рослини. Іноді патологія проявляється вже в момент проникнення вірусу в клітину. Такий “ранній” негативний вплив на рослину іноді перевищує всі інші стадії розвитку вірусного захворювання. Отже, рослинам притаманний широкий спектр вірусних захворювань. Він залежить від біологічних особливостей окремих сортів, географії, агротехніки та культивування, відповідних для цього екологічних умов, таких як температура, види грунту, вологість, тощо. Згадаймо ще раз загальну схему вірусного відтворення. Віруси, попадаючи в клітини хазяїну, частково або повністю розпадаються на макромолекули, що їх складають. Після цього проходить трансляція вірусного геному або інформаційної РНК (матричної, мРНК), що синтезується на ньому, як на матриці. Для трансляції використовується генетичний апарат клітини-господаря. В результаті виникають нові вірусні білки, а також відбувається реплікація геному вірусу. В результаті із синтезованих нуклеїнових кислот і одного чи декількох вірусних білків збираються нові віруси. Цікаво, що на деяких етапах реплікації неможливо спостерігати зрілі вірусні часточки. Широко розповсюдженим шляхом проникнення вірусу в клітину є механічна передача. Вірус проходить із клітини до клітини по плазмодесмам від місця інокуляції, але цей процес іде повільніше на відміну від шляху проходження по судинам рослини, найчастіше це клітини флоеми. Не являється секретом, що велику кількість вірусів (більше 200 штук) передають наприклад попелиці. Останні пробивають своїми стилетами епідерміс рослин і п’ють сік флоеми, який багатий на продукти фотоасиміляції – полісахариди. В цей же час можна спостерігати передачу вірусів неперсистентним шляхом 30 від однієї рослини до іншої, якщо цей шлях передачі властивий для вірусу та рослини. Відомо також про існування транспорту вірусів по судинам ксилеми – провідним пучкам, що несуть по собі воду та розчинені в ній мінеральні солі від коренів до верхівки рослини. Так, наприклад, ВСЛХ транспортується переважно саме таким шляхом – по ксилемі. Більшість вірусів в рослинах переміщуються на довгі дистанції все ж таки по флоемі, але віруси, що передаються членистоногими, спроможні переміщуватись і по ксилемі. По флоемі рух вірусів досить швидкий. Так, Geminivirus, інфікуючи цукровий буряк, розповсюджується по рослині 2,5 см/хв. На шляху контамінації вірусом існують захисні бар’єри рослини- хазяїна. Перший із них це проходження вірусу від першої враженої клітини, наступний це проходження через паренхіму до судинної системи рослини, а останній-це проходження через паренхіму до інших частин рослини-хазяїна. Слід відмітити, що можливі також не специфічні шляхи проникнення та розповсюдження вірусів в клітинах рослин. Дуже багато факторів, такі, як генотип рослини, генотип вірусу, захисні механізми є визначальними в розповсюдженні та зараженні рослини вірусом. Протягом всього періоду вивчення вірусів рослин дискутується питання, у якій формі вірус переміщується у клітині. Зрілі вірусні часточки виявляються в плазмодесмах, але такі дослідження не завжди вважаються визначальними у поясненні механізмів переміщення вірусів від клітини до клітини. На короткі дистанції вірус переміщується завдяки активації специфічного білку, який він і кодує - білок руху (БP). На довгі відстані вірус переміщується, використовуючи транспортну та везикулярну систему рослини-хазяїна. Російськими вченими було показано, що вірус тютюнової мозаїки (ВТМ) та деякі інші віруси переміщуються на довгі відстані завдяки формуванню комплексів з рибонуклеопротеїдами (РНП), які містять вірусну РНК, вірусний капсидний білок, та інші білки. Ці форми дають змоги вірусу переміщуватись на більш довгі відстані із деяким полегшенням. Пересування в таких комплексах описано для багатьох вірусів із різних родин. Для Тобамовірусів, Бромовірусів, Кармовірусів, Кукумовірусів та Потексвірусів. В пересуванні вірусу від клітини до клітини вагоме значення мають такі фактори, як рослина-хазяїн та її специфіка, і безперечно сама морфологія вірусу. Зараз перед вченими постає питання про те, що собою являють білки руху, яка їх природа, структура, локалізація. Була показана присутність БР вірусу тютюнової мозаїки в клітинних стінках та фракціях органел інокульованих листків, але не отримано їх в достатній кількості. Також було знайдено БР вірусу огіркової мозаїки (ВОМ) в клітинних стінках старого листя інфікованих рослин. 31 Цікаві результати отримали американські вчені, які різнобічними шляхами вивчали білки руху ВТМ та ВОМ в інфікованих та трансгенетичних рослин. Було відмічено, що білки руху вірусів із різних таксономічних груп знаходяться в тісному контакті із субклітинними компонентами і ці білки продукуються саме під час вірусного інфікування рослини. Більше того, як показують результати амінокислотного сіквенсу білків руху деяких вірусів, вони мають певну подібність, що натякає на те, що спостерігається деяка подібність у механізмах проникнення та руху вірусів.

Противірусний імунітет.

Імунітет рослин – резистентність рослин до захворювань. Неповна проява імунітету називається стійкістю. Імунітет може бути специфічним, коли рослини стійкі до конкретного збудника інфекції, та груповим – коли рослина стійка до ряду захворювань. Цікаво, що імунітет, притаманний певному виду чи сорту, передається потомству і спроможен змінюватись в ту чи іншу сторону під впливом зовнішніх факторів. Так сталося, що в рослин у процесі еволюції склався ряд біологічних пристосувань, що дають їм змогу протистояти захворюванням, наприклад вірусним. До таких відносять структурно-анатомічні, фізіологічні, біохімічні та інші. Нашим вченим Б.П. Токіним було встановлено, що вищі рослини утворюють специфічні речовини, спроможні вбивати найпростіших, бактерій, грибів та вірусів. Такі речовини, названі ним фітонцидами, також являються одним із факторів, визначаючих імунітет рослин. Це спостерігається коли рослина специфічно відповідає наробкою в організмі специфічних речовин при певних інфекціях. Стійкість рослин проти захворювань часто зв’язана із віком вражуємих тканин: деякі хвороби, і особливо вірусні уражують тільки молоді тканини, інші тільки старіючі тканини. У першому випадку слід зауважити, що більш стійкими сортами являються скороспілі сорти, в другому – пізньостиглі. На даний момент часу такі питання, як взаємодія вірусу і клітини, відповідь рослинного організму на введення патогену вірусної природи являються дуже розгорнутими і до кінця не вирішеними. Перш за все бракує відомостей молекулярно-біологічних досліджень в порівнянні із вивченням противірусного імунітету у людини та тварин. Але все таки, на даний час вже багато відомо з таких питань, як саме проходить процес захисту самої рослини від введення чи при попаданні в неї вірусу, як відбувається активація рослинного імунітету? Відомо про існування двох варіантів рослин, що інфікуються патогенами – чутливі та толерантні (стійкі чи резистентні). Так, якщо провести механічну інокуляцію рослин вірусом, то можливо простежити типи реакцій рослини на введення патогену.

1). Імунна реакція (невластива господарю) – вірус не реплікується в протопластах; цього не відбувається навіть в клітинах, які піддавались інокуляції. Вірус може навіть пройти стадію роздягання, але реплікації вірусного геному спостерігатись не буде.

2). Інфекційна реакція (властива господарю) – вірус спроможен до інфікування та реплікації в протопластах. Іноді спостерігається явище гіперчутливості, коли проходить формування системних некрозів; часом спостерігається реакція рослини із утворенням чітких вірусних симптомів; нерідко проходить розвиток латентої інфекції, коли чіткого ефекту на рослину не помітно. Цікава ситуація спостерігається у випадку розвитку вірусної інфекції у рослин. Не являється необхідним вражувати рослину системно і всі органи одночасно.

Розглянемо шість випадків коли фітовірусні хвороби можуть бути відсутніми:

(1) – інфекція із невеликою концентрацією вірусу

(2) – толерантний хазяїн

(3) – відновлення росту листків із інфікованих частин рослини

(4) – листки, які не хворіють в залежності від віку на місця знаходження на рослині

(5) – темно-зелені місця в мозаїчних ділянках листків

(6) – інфікування листків кріптовірусами. В залежності від інокуляції вірусом, рослина відповідає чи імунно чи інфекційно. Якщо рослина імунна, то вона не являється хазяїном для вірусу, і вірус не реплікується в клітинах чи в цілому організмі, навіть в ізольованих протопластах. Імунність притаманна всім представникам видів рослин, але іноді це притаманно тільки для окремих представників сорту рослин. Розглянемо молекулярний механізм такої імунності на прикладі коров’ячого гороху сорту Арлінгтон до вірусу мозаїки коров’ячого гороху (ВМКГ). Горох буде імунним до ВМКГ через присутність одинарного домінуючого гену Менделіану. Цей ген кодує специфічний інгібітор, який блокує активність вірусної протеїнкінази, що необхідна для специфічного процессингу поліпротеїну ВМКГ на ранніх стадіях вірусної реплікації. Відомий процес, коли вірус спроможен до реплікації в ізольованих протопластах різних видів та сортів рослин. Рослина також може бути резистентною чи чутливою до інфекції. Ми можемо розглянути два види резистентності. До такого процесу включають надгіперчутливість, коли вірусна репродукція обмежується на первинно заражених клітинах, тому, що вірускодуємий білок, що необхідний для транспорту від клітини до клітини являється не функціональним в даному господарі. Трохи пізніше, такі ж самі випадки були описані для багатьох інших прикладів такого типу імунної стійкості.33 В іншому випадку стійкості, інфекційний процес лімітований відповіддю зон клітин, що знаходились навколо первинно інфікованих клітин, що надалі утворюють розвиток локальних точкових некрозів. Не інфіковані тканини навколо таких некрозів починають проявляти стійкість до інфекції. Така резистентність називається набутою чи фенотипічною. Така імунність включає в себе індукцію поменьшій мірі 14 білків відомих як патогенезо-споріднені (ПС) білки. Синтез таких білків простежується з моменту самого розвитку вірусної інфекції і являється частиною генералізованого неспецифічного захисту проти бактерій, грибів, комах, хімічних чи механічних пошкоджень, також і вірусів. У багатьох рослин- господарів, некротичний гіперчутлива відповідь (на протилежність до не некротичної відповіді, що призводить до системної інфекції та хвороби) керується окремим домінуючим геном Менделіану. Також відомо про деякі інші види сортової стійкості до вірусної інфекції. Більшість із них визначаються одним чи декількома домінантними генами. Інші керуються тільки частинами домінантних генів, також і рецесивними генами. Відомо, що вірус невикликаючий системної хвороби в даній рослині являється непатогенним для неї і навпаки. Ген резистентності в такій рослині чи виді в цілому спричинює стійкість до цього вірусу. Такий вірус називається авірулентним. Але ж відомі випадки, коли вірус спроможен до мутацій чи перебудов резистентності, і як наслідок до переходу в вірулентну форму. Від так, обидва геноми рослинний та вірусний знаходяться в постійному контакті і борються за результат після інокуляції. Перехід вірусу від авірулентної форми в вірулентну часом залежить від різниці в одну амінокислоту в вірускодуємому білку. В видах та сортах рослин, що являються чутливими до вірусів, останні реплікуються і транспортуються системно. У варіанті чутливої реакції господаря на вірус, як результат, проявляється розвиток захворювання, а якщо рослина толерантна, значного впливу на неї не спостерігається. Про розвиток інфекційного процесу слід говорити, як на роботу обох, і рослинних і вірусних генів. Наприклад, заміна вільної основи в гені капсидного білку ВТМ буде достатньою для зміни природи захворювання взагалі. Дійсні механізми процесів, що включені до індукції хвороб, ще недосконало вивчені. Багато біохімічних змін, що спостерігаються при інфікуванні вірусом, можуть бути незв’язані на пряму із вірусною реплікацією. Затримка росту рослин можливо залежить від змін в балансі гормонів росту, формування мозаїк в вірус-інфікованих листках включають процеси, які з’являються на ранніх стадіях онтогенезу листків. Багато факторів навколишнього середовища впливають також на інфікування та розвиток хвороб. До таких відносять світло, температуру, воду, годівлю а також їхній баланс протягом вегетаційного сезону. Комплексні взаємовідносини можуть виникати коли рослини інфіковані двома неспорідненими вірусами чи вірусом та патогеном, клітинної будови. 34 Таким чином, імунітет рослин складається із багатьох захисних властивостей, що виникають у рослин в результаті їх взаємовідносин із збудниками хвороб, що склалися в процесі еволюції. Сукупність всіх цих захисних властивостей може сильно варіювати на різних фазах розвитку рослин та в різних умовах. Окрім особливостей самої рослини, імунітет визначається також певними особливостями паразиту, наприклад вірусу. Кожен вид вірусу має ту чи іншу кількість ізолятів чи штамів. Так, сорт може бути імунним до одних і чутливим для інших штамів. Склад штамів в кожному районі змінюється в залежності зовнішніх умов, в тому числі і від сортового складу вражуємої рослини. Нові штами вірусу виникають чи шляхом поступового його пристосування до стійкого сорту чи шляхом гібридизації. Імунітет рослини також залежить від умов середовища, в якій вона росте. Стійкість сорту проявляється тим повніше, чим більше умови зовнішнього середовища відповідають біологічним особливостям сорту. Якщо умови зовнішнього середовища не відповідають для даного сорту, то стійкість його може бути повністю чи частково втрачена. Слід зазначити, що крім імунітету притаманному даному чи іншому виду чи сорту рослин існує також штучна імунізація. Ще досить давно, в 50 – ті роки було показано, що стійкість рослин до патогенів може бути підвищеною застосуванням хімічних речовин, а саме внесенням їх в грунт чи некорневим шляхом. Стійкість рослин до вірусів та інших патогенів підвищують деякі добрива (особливо калійні), ряд мікроелементів та спеціальні препарати. Використання хімічних речовин для підвищення стійкості рослин проти захворювань називається хімічною імунізацією.

Створення стійких сортів рослин може проходити різними шляхами:

1) гібридизація та схрещування віддалених географічних форм, а також із різноманітною віковою стійкістю.

2) відбір стійких рослин серед чутливих сортів та подальше мікроклональне розмноження та створення соматичних гібридів.

3) пошук стійких форм серед місцевих сортів.

4) трансгенні рослини отримані введенням генів, що являються копіями генетичного матеріалу патогенів різної природи. Велику роль відводять захисній функції клітини, як бар’єру для проникнення вірусу в клітину. Певним чином його проникнення може бути блоковано, коли клітина може змінювати свій водний та кислотний баланси, рН середовища, можливо систему калій-натрієвих насосів тощо. Велика роль відводиться вивченню захисних бар’єрів рослини-хазяїна і на сьогодні. В літературі описано, що являється першим бар’єром для вірусу в клітині. Таким є проходження вірусу від першої враженої клітини далі, наступний - це проходження через паренхіму до судинної системи рослини, а останній - це проходження через паренхіму до інших частин рослини - хазяїна.35 Слід відмітити, що можливі також неспецифічні шляхи проникнення та розповсюдження вірусів в клітинах рослин. Дуже багато факторів, такі, як генотип рослини, генотип вірусу, захисні механізми є визначальними в розповсюдженні та зараженні рослини вірусом. Так, наприклад, поширення вірусної інфекції в тканинах листка рослини часто визначається особливостями його жилкування, анатомічними та хімічними бар, єрами, що виникають у рослин у відповідь на зараження. З позиції фітопатологічних досліджень описано явище розвитку дрібних некрозів як захисної реакції рослинного організму, які є результатом надчутливості клітин рослини-господаря до патогена, проникнення якого в організм викликає загибель останніх. Механізм надчутливості проявляється в швидкому відмиранні клітин господаря в місцях проникнення патогена в результаті чого, збудник захворювання опиняється в оточенні відмерлих клітин і припиняє ріст. Надчутливість, як захисна реакція рослинного організму на проникнення патогена була досліджена у випадку грибної інфекції. Характерно, що при цьому взаємодія патогена і рослини здійснюється на рівні двох клітинних систем, навіть у випадку, коли гриб проникає в цитоплазму рослинної клітини. Цей рівень відсутній у формуванні реакцій надчутливості при розвитку вірусної інфекції. Вірус проникає в клітину перетворюючи на свій лад її метаболізм, спрямований на формування нових вірусних частинок. При цьому використовується наявний метаболічний апарат клітини. Одночасно вірус здатний проникати в суміжні клітини, інфікуючи нові тканини і органи. При формуванні таких точкових некрозів таке поширення відсутнє, про що було також показано і в варіанті розвитку вірусної інфекції скручування хмелю в кінці 90–х років в Україні. В ряді досліджень, присвячених розвитку некрозів під впливом грибної інфекції було показано, що при проникненні патогена в клітинах рослини відбуваються зміни в метаболізмі фенолів. При появі патогена наявні в клітинах фенольні сполуки починають окислюватись поліфенолоксидазою до токсичних хінонів. Ці речовини нагромаджуються в клітинах і викликають їх загибель. Можливо щось подібне спостерігається і у варіанті вірусних інфекцій. Вченими ще в 60-ті роки було показано про існування деяких низькомолекулярних речовин, що здатні проникати в цілі клітини, гальмувати чи повністю зупиняти реплікацію вірусу, якщо обробити ними листки через декілька днів після зараження вірусом. Більшість таких інгібіторів являються аналогами пуринів та пиримідинів, але серед них є також антибіотики та інші речовини. Всі вони являються небезпечними та шкідливими для здорових рослин, хоча частина із них подавляє розмноження вірусу при достатньо низьких концентраціях, ще майже не викликаючих макроскопічних порушень у рослин. Деякі аналоги, такі як, 2 – тіоурацил, включаються в вірусну нуклеїнову кислоту, частково заміщаючи урацил. Інші аналоги, такі як, 5 – фторурацил, включається ще більш активніше, але 36 на питому інфекційність вірусу впливає набагато меньше. Наприклад частки ВТМ після введення в їх структуру такого аналогу залишаються інфекційними. Слід також зауважити на впливі антибіотиків на віруси. Так, циклогексамід подавляє синтез цитоплазматичними рибосомами і знижує накопичення всіх вивчених вірусів рослин. Навпаки, хлорамфенікол, блокуючий синтез білку рибосомами хлоропластів, майже не впливає на віруси. Актиноміцин D, механізм діїї якого в основному зводиться до інгібування ДНК-залежного синтезу РНК, блокує розмноження тімовірусів, каулімовірусів та деяких інших. І нарешті, існує ряд інших сполук, інгібуюючих розмноження вірусів. В якості прикладу можна навести тріхотецин (складний ефір ізокротонової кислоти та тетонового спирту, трихотеколону). Його дія залежить від рослини-хазаїну, але не від вірусу.

123 4