Лекція професора Казусато Охшіми на тему «Еволюція та виникнення вірусів рослин»

13 жовтня відбулася лекція професора Казусато Охшіми на тему «Еволюція та виникнення вірусів рослин«

Професор японського університету Сага, Казусато Охшіма, котрий є знаним у світі фахівцем у галузі еволюції вірусів рослин, прочитав лекцію студентам-вірусологам ННЦ «Інститут біології». Хоча лекція тривала близько 50 хвилин та, на перший погляд, була досить простою, вона містила низку цікавих та важливих моментів.

Професор Казусато спочатку ознайомив присутніх з методологією досліджень, розповів про такий важливий інструмент дослідження еволюції та філогенії вірусів, як програма BEAST. Ця програма використовується для реконструкції філогенетичних зв’язків, вона базується на байєсівському аналізі молекулярних послідовностей з застосуванням методів Монте Карло та ланцюгів Маркова (так називається група числових методів, заснованих на отриманні великої кількості реалізацій стохастичного процесу, який формується таким чином, щоб його ймовірнісні характеристики співпадали з аналогічними величинами вирішуваної задачі; ланцюг Маркова — це математична побудова, яка використовується для характеристики випадкового процесу. Байєсівський аналіз — це інтерпретація поняття ймовірності, що визначається як ступінь упевненості в істинності судження, назва походить від імені вченого Томаса Байєса (1702 — 1761), іменем якого також названа теорема). У цій програмі застосовуються різноманітні моделі «молекулярного годинника» (Молекулярний годинник — це метод датування еволюційних подій, що базується на твердженні, що еволюційно значущі заміни мономерів у нуклеїнових кислотах чи амінокислот в білках відбуваються з практично однаковою швидкістю; звісно, швидкість мутацій може бути нерівномірною й відрізняється для різних видів, тому метод дає приблизні результати).
Далі, професор Казусато зосередився на розповіді про головні результати своєї наукової діяльності, до яких належать вивчення еволюції вірусу мозаїки цвітної капусти, філогенії та еволюції родини Potyviridae та з’ясування обставин еволюційного походження вірусу мозаїки турнепсу.

Вірус мозаїки цвітної капусти належить до рослинних параретровірусів, що мають ДНК-вмісний геном. Вірус є типовим представником роду Caulimovirus родини Caulimoviridae, він передається з соком рослин, а у природніх умовах переносниками вірусу є попелиці. Для дослідження паттернів та часових рамок географічного поширення та еволюції вірусу мозаїки цвітної капусти, професор Казусато з колегами секвенували й проаналізували геноми 67 зразків вірусу, зібраних у Греції, Ірані, Туреччині та Японії, а також порівняли їх з 9 секвенованими раніше геномами, дані щодо яких були опубліковані. У результаті цієї роботи було ідентифіковано відкриті рамки зчитування (ORF) в геномі вірусу та зроблено філогенетичні висновки. Після видалення рекомбінантних послідовностей, було оцінено рівні заміщення, час дивергенції та філогеографічні паттерни вірусних «популяцій». Було встановлено, що рекомбінація є характерною рисою еволюцій вірусу мозаїки цвітної капусти, і що ORF I-V мають іншу еволюційну історію, ніж ORF VI. Було виявлено чотири географічно окремі лінії цього вірусу. Отримані дані свідчать, що вірус мозаїки цвітної капусти поширився від однієї популяції в інші регіони світу 400 — 500 років тому назад; зараз він широко розповсюджений на території євразійських країн. Результати роботи виявили потужну «течію генів» між турецькими популяціями вірусу та його популяціями в сусідніх країнах. Подібний паттерн є характерним і для Японії й США. Що важливо, дослідження професора Казусато та його колег стало першим дослідженням часового та просторового поширення рослинного параретровірусу.

Що стосується Potyviridae, то віруси цієї родини поширені у всьому світі, їх розповсюджують тлі, і зумовлені ними втрати врожаю є досить значними. Родина охоплює близько 15% усіх відомих вірусів рослин. Професор Казусато та його команда поставили перед собою питання: «Коли і чому потівіруси стали такими численними?» На першу частину питання їм вдалося отримати відповідь, тоді як інші аспекти проблеми ще викликають дискусії. Висновки щодо філогенії родини були зроблені на основі вивчення генів, що кодують капсидні білки, — вчені проаналізували 50 послідовностей, отриманих з різних зразків, — також, при цьому застосовувалися інші методи та еволюційні моделі. До уваги було взято й зафіксовані спалахи епідемії, викликаної вірусом шарки слив, котрі завдавали шкоди Європі у 20-му сторіччі, а також дані щодо завезення потівірусів в Австралію, яке сталося тоді, коли європейські колоністи започаткували там сільське господарство. Увагу було звернуто й на поширення вірусу мозаїки коров’ячого гороху (вігна китайська, Vīgna unguiculata), що переноситься тлями, з Африки до Америки, яке, швидш за все, сталося під час работоргівлі ще в 16-му сторіччі, та на проникнення вірусу кільцевої плямистості папайї з Індії до обох Америк. В результаті проведеної роботи, вдалося дійти такого важливого висновку, що початок розповсюдження потівірусів мав місце близько 6600 років тому назад, тобто, співпав у часі зі світанком землеробства. Отже, як наголосив професор Казусато, людина та її діяльність є важливим фактором еволюції вірусів. Зараз вчені продовжують роботу у цьому напрямку й вивчають можливі шляхи того, як землеробство ще в доісторичні часи спричинилося до становлення та поширення потівірусів та стимулювало їхнє видове розмаїття.

Щодо вірусу мозаїки турнепсу, який належить до потівірусів, то він є одним з найбільш поширених вірусів хрестоцвітих, що приносить значні збитки. Попередня робота показала, що цей вірус походить із західної Євразії, а всі його найближчі філогенетичні родичі є вірусами, котрі вражають виключно однодольні рослини. До важливих здобутків професора Казусіто та його команди належить ідентифікація лінії вірусу, подібного до вірусу мозаїки турнепсу, який був виділений з європейських орхідних рослин (зокрема, Orhis militaris). Масштабні досліди показали, що ці віруси є генетично близько спорідненими, але все ж окремими, й виділений з орхідних вірус слабко уражає хрестоцвітих. Вчені дійшли висновку, що з більшою ймовірністю вірус, виділений з орхідних, є предком для вірусу мозаїки турнепсу, а не навпаки. Вчені застосували байєсівський аналіз для осмислення комбінації нових та раніше опублікованих даних щодо нуклеотидних послідовностей чотирьох генів вірусу мозаїки турнепсу: HC-Pro (кодує білок-помічник протеази), P3 (кодує білок-3), NIb (кодує протеїн b ядерного включення) та CP (кодує капсидний білок)). Результати проведеного аналізу показали, що дивергенція цих вірусів відбулася близько 1000 років тому назад, і це співпадає з активним поширенням землеробства у Західній Європі. Близько 1200 років тому назад спостерігалося потепління клімату, яке спричинилося до зростання чисельності населення та інтенсифікацією сільського господарства у регіоні. Поля сільськогосподарських культур приходили на зміну лісам, це спонукало віруси та попелиць уражати сільськогосподарські культури, у тому числі й хрестоцвіті культури та бур’яни. Пізніше, ймовірно близько 500 років тому назад, морська торгівля спричинилася до поширення вірусу мозаїки турнепсу на решту світу.

У своїй лекції професор Казусато Охшіма згадав своїх колег з інших країн, з якими йому довелося співпрацювати, зокрема це відомий турецький вірусолог Саваш Коркмаз, один з провідних спеціалістів у галузі вірусів цитрусових рослин, грецький професор Нікос Катіс та український вірусолог Олексій Шевченко (який був особисто присутнім на лекції і значно пожвавив її своїми цікавими запитаннями до доповідача). Також, професор Казусато порекомендував присутнім прочитати видатну книгу «Origin and Evolution of Viruses», авторства відомих вчених Роберта Вебстера та Джона Холланда.

На завершення лекції, професор Казусато розповів про свої подорожі світом, які він здійснював з науковою метою, сказав, що зацікавлений у збиранні зразків рослин, з якими його команда працює, в Україні, а також продемонстрував присутнім декілька слайдів, що стосувалися Японії та її культури, висловив сподівання щодо подальшої плідної співпраці з українськими колегами.

Підготував Юрій Косенко, студент кафедри вірусології