Лаборатория молекулярной вирусологии
|
Заведующий лабораторией: кандидат биологических наук Вишниченко Валерий Константинович Тел. +7 (910) 474-72-48, e-mail: vish@iab.ac.ru |
Сотрудники:
— Андрей Геннадьевич Соловьев, в.н.с., доктор биологических наук.
— Игорь Валерьевич Петруня, в.н.с., кандидат биологических наук.
— Андрей Владимирович Архипов. — н.с.
Направления исследований.
Научные исследования в Лаборатории молекулярной вирусологии ведутся по следующим направлениям:
1. Изучение процесса репродукции Х вируса шалота (ХВШ), прототипа нового рода (+)РНК-содержащих фитовирусов — аллексивирусов. Выясняются функции вирусных белков, молекулярные механизмы их экспрессии и внутривидовой эволюции; исследуются также механизмы синтеза, структура и функции субгеномных (sg) вирусных РНК. Внимание к этим вопросам обусловлено тем, что в процессе взаимодействия с природным хозяином ХВШ формирует персистентную инаппарантную инфекцию, и, т.о., эта патосистема представляет собой перспективную модель, результаты исследования которой, как мы полагаем, позволят понять механизмы толерантности растений к вирусным патогенам и использовать этот механизм в решении проблемы вирусных заболеваний с.-х. культур.
2. Молекулярные механизмы супрессии РНК-сайленсинга вирусами растений. РНК-сайленсинг представляет собой центральный механизм индуцированного вирусной инфекцией иммунного ответа растения-хозяина. При этом активность вирусных белков-супрессоров, предотвращающих фрагментацию или блокирование трансляции вирусных РНК в процессе сайленсинга, рассматривается в качестве непременного условия успешной репродукции фитовирусов. В соответствии с такой постановкой проблемы в лаборатории исследовали супрессорную активность всех ХВШ-специфичных белков. Было показано, что ХВШ успешно репродуцируется и формирует персистентную инфекцию в отсутствие активного белка-супрессора и, следовательно, преодолевает иммунный барьер сайленсинга с помощью не связанного с действием супрессора механизма. Мы предположили, что таким механизмом может быть процесс специфического транскрипционного репрограммирования (ТР). Действительно, оказалось, что инфекция ХВШ сопряжена с подавлением транскрипции нескольких факторов сайленсинга, а именно, генов DCL-белков и РНК-зависимой РНК-полимеразы (RDR) в корнях и листьях инфицированных растений: на этом основании сформулировано представление о ключевой роли специфического ТР в процессе взаимодействия вируса с растением-хозяином.
3. Молекулярные механизмы толерантности растений к вирусным патогенам. Базируясь на положении о ключевой роли специфического ТР в контексте глобальной проблемы антивирусного фитоиммунитета, в лаборатории изучают индуцированные вирусом изменения транскрипционных программ экспрессии клеточных факторов, обусловливающих толерантность растений к вирусной инфекции. Процесс транскрипционного репрограммирования затрагивает гены, кодирующие белки-маркеры PTI (Pattern-triggered Immunity), все факторы РНК-сайленсинга, NB-LRR рецепторы (e.c., Tm2), Pr-белки, в частности, Pr1, Pr5 и Pr14 (липид-трансферные белки), а также белки, принимающие участие в процессе репликации вируса (комплекс TCTP-PIRL-GRF6-DBP1). При этом отмечен феномен, который не наблюдается при острых вирусных инфекциях, а именно, чрезвычайно высокий (на несколько порядков выше контроля) уровень экспрессии ряда генов, кодирующих белки, принимающие участие в процессах антивирусной аутофагии и " RQC (RNA Quality Control) ". Полученные результаты свидетельствуют о резком повышении уровня экспрессии в исследуемой системе одного из классов белков армадилло, а именно, PUB-белков, (Е3-лигаз, принимающих участие как в процессах аутофагии, так и в работе убиквитин-протеасомной системы (UPS). Наиболее выраженный результат изменения транскрипционных программ экспрессии факторов аутофагии в исследуемой системе — существенное увеличения экспрессии Atg8a и карго-рецептора NBR1, ключевых факторов формирования аутофагосом. Характерным образом репрограммируется экспрессия факторов RQC (RNA-decay). При этом в исследуемой патосистеме процесс nonsense-mediated decay (NMD) в распознавании и деградации вирусных РНК участия не принимает.
4. Идентификация и механизм действия транскрипционных факторов WRKY в процессе транскрипционного репрограммирования при персистентной аллексивирусной инфекции. Результаты, полученные в нашей лаборатории, свидетельствуют о высокоспецифичном и динамическом процессе транскрипционного репрограммирования экспрессии различных классов WRKY TF в процессе инфекции ХВШ. В настоящее время в лаборатории предпринимаются попытки выяснить молекулярные механизмы участия различных WRKY в организации координированного ТР в исследуемой патосистеме.
5. Идентификация, структура и механизмы взаимодействия антивирусных PRRs (pattern recognition receptors) с вирусспецифическими двуцепочечными РНК (PAMPs) в процессе индукции PTI. Фундаментальные особенности индуцированного вирусной инфекцией процесса PTI позволяют предположить, что клонирование и межвидовой трансфер антивирусных PRRs даст возможность создать сорта с.-х. растений, обладающих выраженной толерантностью (или длительной резистентностью) к вирусной инфекции.
Основные научные достижения
1. Открыт новый РНК-содержащий нитевидный фитовирус — Х вирус шалота (ХВШ, ShVX) — и обосновано выделение нового рода фитовирусов — аллексивирусов (Allexivirus), включающего ХВШ в качестве прототипа.
2. Секвенирован геном ХВШ и получена полноразмерная инфекционная кДНК-копия его геномной РНК.
3. Открыт и исследован феномен органоспецифической экспрессии гена капсидного белка ХВШ.
4. Обнаружен новый штамм вируса, отличающийся от классического протяженным блоком мутаций в первой трети N-концевого фрагмента молекулы капсидного белка. Эти мутации обусловливают открытый в Лаборатории феномен морфологической гетерогенности капсида ХВШ.
5. Показано, что уникальный 42К-белок ХВШ принимает участие в формировании вирионов ХВШ.
6. Исследованы закономерности накопления мутаций в геноме ХВШ в результате многолетней персистентной инфекции растений шалота.
7. Доказано, что ХВШ репродуцируется в отсутствии активного белка-супрессора РНК-сайленсинга.
8. Доказано, что TGB3 — один из белков, кодируемых тройным блоком генов -транслируется с бицистронной матрицы с неканонического инициирующего кодона CUG и при участии механизма leaky scanning.
9. Показано, что в результате персистентной инфекции ХВШ индуцируется PTI (PAMP-triggered immunity) и тонко скоординированный избирательный процесс транскрипционного репрограммирования.
10. Показано, что персистентная инфекции ХВШ характерным образом репрограммирует экспрессию генов, кодирующих различные классы белков армадилло, факторы аутофагии и RNA-decay.
Основные научные публикации
1. Kanyuka KV, Vishnichenko VK, Levay KE, Kondrikov DYu, Ryabov EV, Zavriev SK. Nucleotide sequence of shallot virus X RNA reveals a 5’-proximal cistron closely related to those of potexviruses and a unique arrangement of the 3’-proximal cistrons. . J Gen Virol. 1992 Oct;73 ( Pt 10):2553-60.
2. Vishnichenko VK, Kaloshin AA, Riabov EV, Zavriev SK. Cloning of full-length cDNA of the shallots virus X genome and infectivity of its transcripts in sugar beet protoplasts. Mol Biol (Mosk). 2000 Jan-Feb;34(1):167-71.
3. Vishnichenko VK, Zavriev SK. Detection of infectious viral particles in plant protoplasts inoculated with transcripts of full-length shallot virus X cDNA. Arch Virol. 2001;146(6):1213-7.
4. Vishnichenko VK1, Stel’mashchuk VIa, Zavriev SK. The 42k protein of the shallot virus X participates in formation of the viral particles. Mol Biol (Mosk). 2002 Nov-Dec; 36(6):1080-4.
5. Arkhipov AV, Gushchin VA, Vishnichenko VK, Solovyev AG. Accumulation of changes in the genome of shallot virus X persisting in vegetatively reproduced plants. Dokl Biochem Biophys. 2013 Sep;452(1):237-40.
6. Lezzhov AA, Gushchin VA, Lazareva EA, Vishnichenko VK, Morozov SY, Solovyev AG Translation of the shallot virus X TGB3 gene depends on non-AUG initiation and leaky scanning. J Gen Virol. 2015 Oct;96(10):3159-64. doi: 10.1099/jgv.0.000248. Epub 2015 Jul 17.
7. Arkhipov A. V. , Solovyev A. G., and. Vishnichenko V. K. Persistent Shallot Virus X Infection Correlates with Transcriptional Repression of Plant Cell RNA-Dependent RNA Polymerase and DCL Proteins in Plant Roots. Molecular Biology, 2017, Vol. 51, No. 1, pp. 108–111.
8. Архипов А.В. и Вишниченко В.К. Индукция PTI (Pattern-triggered Immunity) и транскрипционное репрограммирование в процессе персистентной аллексивирусной инфекции. Сельскохозяйственная биология, 2018; т.53, N. 5, стр. 947-957.
