Розділ 2. Фізіолого-біохімічні основи впливу вірусної інфекції на фотосинтетичний апарат та метаболізм рослин-хазяїв.
Дослідження фізіолого-біохімічних механізмів впливу вірусної інфекції на метаболізм рослини-хазяїна присвячена значна кількість робіт [116, 181, 30, 15, 251], але представлені в них дані досить суперечливі й потребують детального аналізу. Тому ми вважали за доцільне здійснити такий аналіз фізіолого-біохімічних реакцій рослин на вірусну інфекцію в нашій роботі. Слід зазначити, що найбільш вичерпна інформація з цієї проблеми представлена в огляді Ладигіної і Бабоші [116]. Авторами розглянуто питання природи антиінфекційних захисних реакцій рослин, їх подібність і відмінність від імунітету тварин. На прикладах дослідження контрастних за стійкістю сортів показана роль антивірусних білків і лектинів, а також енергетики рослин при інфікуванні. Висловлено припущення про можливі шляхи взаємодії інтерфероноподібного антивірусного захисту рослин з фітогормональною та іншими регуляторними системами.
На основі дослідження контрастних за ступенем стійкості видів і сортів рослин (тютюн, картопля, квасоля, соя інжир та ін.) при дії на них різних вірусних патогенів (ВТМ, ХВК, УВК, вірус мозаїки інжиру, вірус мозаїки сої та ін.), встановлено, що зміни фізіологічних і біохімічних параметрів при інфікуванні стійких та чутливих форм мають, зазвичай, діаметрально протилежну спрямованість. В регуляції захисних реакцій рослин важливу роль відіграє інтерфероноподібний механізм, аналогічний системі інтерферона в клітинах тварин. Дослідження цих питань дає можливість з'ясувати природу патогенезу та стійкості рослин при дії вірусної інфекції. Окрім того, враховуючи той факт, що енергетичний обмін є відзеркаленням біохімічних процесів, які відбуваються в живих системах було припущено, що мобілізація захисних механізмів клітини при їх інфікуванні потребує значних енергетичних витрат. Розвиваючи цю ідею автори встановили, що підвищення інтенсивності дихання при інфікуванні відбувається як у стійких, так і в чутливих рослин. Однак, ураження чутливого сорту супроводжується зниженням інтенсивності зв'язаного з окисленням фосфорилювання і, значить, зниженням показника Р/О, відбувається роз'єднання дихання і фосфорилювання [119]. У стійких рослин посилення дихання супроводжується збільшенням його енергетичної ефективності (дихання, зв'язане з фосфорилюванням). Можна припускати, що у чутливих тканинах в кінцевому результаті все зводиться до того, що клітинні ресурси перестають витрачатися на потреби самої клітини і переключаються на синтез вірусних часточок, що призводить до деградації клітинних структур. Так, репродукція вірусу в чутливій рослині викликає значне зниження синтезу білків рослини-хазяїна. Швидкість цього процесу була виміряна з використанням мічених метионіну та гістидіну і штамів вірусу тютюнової мозаїки, капсидний білок яких не містить цих амінокислот [198]. При цьому сумарна швидкість білкового синтезу, змінена після включення міченого лейцину не змінювалась або дещо зростала. Аналогічні явища, очевидно, і визначають переважання процесів деградації у чутливій рослині.
Результати [116] показали, що процес патогенезу подібний до процесу старіння. Характерною особливістю інфекційного процесу в контрастних по стійкості форм рослин є діаметральна протилежність змін ряду показників, що характеризують фотосинтез, дихання, проникність мембран, а також склад білків. Показано, що у чутливих до вірусної інфекції рослин відбувається зниження кількості хлорофілу і збільшення його вивільнення в петролейному ефірі, що свідчить про порушення стійкості білок-ліпідних комплексів фотосинтетичних мембрам [121], В хлоропластах стійких видів вміст хлорофілу навпаки, збільшується, а активність хлорофілази зменшується. Для стійкої рослини характерно збереження нативної структури хлоропластів, за винятком некротизованих тканин. Процеси патогенезу у чутливих рослин супроводжуються змінами структури хлоропластів (розрихлення мембран, збільшення розмірів крохмальних зерен та ін.) [118].
У нестійких видів тютюну вірусна інфекція викликає порушення специфічних реакцій мітохондрій (конформаційні зміни в ході субстрат - і АТФ-індукованих циклів (скорочення-набухання), збільшення проникності мітохондріальних мембран, збільшення вимивання АТФ, та ін. компонетів. В мітохондріях стійкого тютюну ці показники залишаються на рівні контролю. Кількість мітохондрій, а також число крист в них збільшується [205]. Ймовірно, підвищення проникності мембран мітохонрій у чутливих рослин призводить до пригнічення процесів запасання і використання енергії. Зміни кількості АТФ в основних енергетичних центрах рослини (мітохондрії і хлоропласти) [121; 117] показали їхню різну спрямованість при інфікуванні стійких і чутливих рослин: збільшення вмісту АТФ у перших і зменшення у других. Переважання процесів розпаду біополімерів у нестійких сортів не дозволяє успішно боротися з патогеном [206]. Нестача макроенергетичних сполук і деяких пластичних речовин знижує активність в клітинах біосинтетичних процесів, необхідних для оновлення внутришньоклітинних структур і утворення захисних бар'єрів на шляху патогену.
При інфікуванні відбуваються також специфічні для стійких і нестійких рослин кількісні і якісні зміни білкових фракцій мітохондрій і хлоропластів [121]. Дослідження Ладигіної М.Е. [116] показали, що при інфікуванні нестійкого виду Nicotiana tabacum було відмічено лише зміни відносних кількостей білка у фракціях, отриманих при електрофоретичному і хроматографічному розділенні важкорозчинних білків мітохондрій, а в стійкого виду Nicotiana glutinosa було виявлено нову фракцію мітохондріальних білків через 48 годин після інфікування. Утворення цих білків, ймовірно, пов'язано з некротичною реакцією, оскільки ні до появи некротичних ушкоджень, ні в кінці некробіозу, а також в листках, розміщених вище неінфікованих, ці білки не було виявлено. Заново утворені в навколонекротичній зоні мітохондріальні білки