Virusgeenien käyttö perunan Y-viruskestävyyden lähteenä siirtogeenisissä kasveissa

Abstract

Perunan Y-virus (PVY) on Suomessa yksi tärkeimmistä perunan taudinaiheuttajista. Kasvustot voidaan suojata tehokkaasti PVY-tartunnalta vain kestäviä lajikkeita käyttämällä, sillä PVY:n leviämisen estäminen sitä levittävien kirvojen torjumisella on tehotonta. Kasviviruksen geenejä voidaan käyttää kestävyyden lähteenä siirtogeenisissä kasveissa. Myös PVY:ta kestäviä perunalajikkeita on tuotettu tällä tavoin käyttämällä PVY:n kuoriproteiinia, replikaasia, proteinaasia ja P1-proteiinia tuottavia geenejä. Useimmissa tapauksissa kestävyys perustuu siirtogeenin lähetti-RNA:han tarkoin kohdistuvasta hajotusmekanismista, nk. transkription jälkeisestä geeninhiljentämisestä (post-transcriptional gene silencing). Tämä mekanismi tunnistaa ja hajottaa myös viruksen, koska sen RNA:sta muodostuvasta genomissa on siirtogeeniä vastaava geenialue. Geeninhiljentäminen liittyy myös kasvien luonnolliseen viruskestävyyteen. Toisaalta viruksilla on havaittu olevan kyky estää geeninhiljentämiseen perustuvan kestävyysmekanismin toiminta. Vaihtokuorisuus, siirtogeenin lähetti-RNA:n osien siirtyminen viruksen perintöainekseen (rekombinaatio), sekä siirtogeenin tuottaman virusproteiinin kyky lisätä kasvia tartuttavan viruksen leviämistä kasvissa tai oireiden ankaruutta (synergia), ovat mahdollisia riskejä, jotka liittyvät virusgeenien käyttöön siirtogeenisissä kasveissa. Näitä riskejä voidaan vähentää käyttämällä siirtogeenejä, jotka eivät tuota proteiinia tai joista on poistettu proteiinin toiminnan kannalta tärkeät osat.

Viral genes as a source of resistance to PVY in transgenic plants Potato virus Y (PVY) is one of the most significant pathogens affecting potato in Finland. PVY is transmitted by aphid vectors in a non-persistent manner and, therefore, effects to control PVY by killing the aphids with chemical sprays are not effective. The most efficient way to control PVY is by breeding resistant cultivars. Since the concept of pathogen-derived resistance (PDR) was proposed in 1985, genetic transformation of plants to express virus-derived sequences has been used to engineer resistance to many viruses, including PVY. Most of the examples of PDR to PVY are based on specific degradation of the transgenic mRNA, namely post-transcriptional gene silencing (PTGS). PTGS is also part of the natural protection of plants against virus infections, but viruses have evolved ways of suppressing the PTGS. Specific risks associated with transgenic plants carrying viral gene sequences are heterologous encapsidation, recombination, and synergism with viruses that infect the resistant transgenic plant. These risks can be avoided by using viral gene sequences that do not encode proteins, and by removing functional motifs from the viral sequence used as a transgene.