Növényvírusok replikációjában, a tünet kialakulásában és a növény védekezési rendszerében szerepet játszó gazdagének azonosítása és vizsgálata = Identification and analyses of altered patterns of gene expression in compatible host elicited by plant virus infection

Az poszt-transzkripcionális gén csendesítés (PTGS) egy hatékony antivirális védekezési rendszer növényekben. Adataink azt mutatták, hogy amíg a vad típusú vírus (CymRSV) az egész növényt megfertőzi addig a p19 (a vírus PTGS szuppresszor fehérjéje) deficiens vírus felhalmozódása csak az erekre és azok környékére korlátozódik. Ezek az eredmények arra utaltak, hogy a p19 képes megakadályozni a PTGS mobil szignál által kiváltott aktiválódását a fertőzési front előtt, előidézve a növény általános fertőzöttségét. Továbbiakban, azonosítottuk a PTGS alapvető szerepét a DI RNS mediálta tünet csökkentésben. Adataink megmutatták a PTGS asszociált 21nt siRNS-sek szerepét a szisztemikus szignalizációs eseményekben. Azonosítottuk a DI RNS-ek 5' végi szakaszát mint a tünet módosításban szerepet játszó legfontosabb régiót. Létrehoztunk egy Arabidopsis protoplaszton alapuló szinkronizált infekciós rendszert és azonosítottunk egy endogén gént, amely teljes "shut off"-t mutat vírus fertőzött növényben. Módisított LNA oligonukleotidok felhasználásával létrehoztunk egy olyan érzékeny kis RNS detektálási rendszert, amely lehetővé teszi a vírus ertőzésben szerepet játszó miRNS-ek kimutatását mind northern blot analízissel mind in situ hibridizációval. | In plants post-transcriptional gene silencing (PTGS) is an ancient and effective defense mechanism against virus infection. We showed that in contrast to the uniform accumulation of CymRSV throughout systemically infected leaves, the presence of p19 (PTGS suppressor of the virus) deficient virus was confined to and around the vascular bundles. These results suggest that the role of p19 is to prevent the onset of mobile signal induced systemic PTGS ahead the virus infection front leading to generalized infection. We also showed that the activation of PTGS plays a pivotal role in DI RNA-mediated interference. Our data identified the pivotal role of 21 nt siRNAs in PTGS signaling. In addition we identified a 5' proximal sequence element of DI RNAs as the most important symptom determinant region. We established a Arabidopsis protoplast based synchronized infection system and identified an endogenous gene showing complete shut off in virus infected plants. Moreover, we enhanced the sensitivity of detecting mature microRNAs by LNA modified oligonucleotides probes, which may open the way of northern blot and in situ detection of miRNAs playing important in symptom development

Mikro RNS alapú génszabályozás mechanizmusának vizsgálata növényekben = Characterization of the mechanism of miRNA controlled gene expression in plants

A vírusfertőzési folyamatok tanulmányozása során kimutatható volt az AGO1 mRNS és a miR168 expressziójának emelkedése. Különböző növény-vírus interakciókat vizsgálva kimutattuk, hogy az AGO1 mRNS a gazda védekezési reakciójának következtében nő meg, míg a megemelkedett miR168 szint, mely térben átfed a vírus által elfoglalt növényi szektorokkal, a vírus ellentámadásának a következménye. Kimutattuk, hogy a miR168 indukció a miR168 prekurzor molekula megnőtt expressziójának és felgyorsult érésének az eredménye. Eredményeink szerint a megemelkedett miR168 szint transzlációsan gátolja az AGO1 mRNS-t, így a növényben az AGO1 fehérje szintje lecsökken. A növények géncsendesítés alapú védekező válaszának elkerülésére a vírusok különböző szupresszor molekulákat fejlesztettek ki, melyek ezt a folyamatot más-más szinten képesek gátolni. Az általunk tranziens rendszerben vizsgált különböző silencing szupresszorok minden esetben indukálták a miR168 termelődését. Ezek szerint a különböző silencing szupresszorok speciális hatásuk mellett egy univerzális mechanizmussal is gátolják a növény védekező folyamatait: a miR168 szintjének megelelésével gátolják az AGO1 fehérje akkumulációját és így aktivitását. | Virus infections induce the expression of ARGONAUTE1 (AGO1) mRNA and in parallel enhance the accumulation of miR168 (regulator of AGO1 mRNA). Here we show that in virus infected plants the enhanced expression of AGO1 mRNA is not accompanied by increased AGO1 protein accumulation. We also demonstrate that the induction of AGO1 mRNA level is a part of the host defence reaction while the induction of miR168, which overlaps spatially with virus-occupied sectors, is mediated mainly by the Tombusvirus p19 RNA silencing suppressor. The absence of p19 results in the elimination of miR168 induction and accompanied with the enhanced accumulation of AGO1 protein. In transient expression study p19 mediates the induction of miR168 and the down regulation of endogenous AGO1 level. P19 is not able to efficiently bind miR168 in virus infected plants indicating that this activity is uncoupled from the small RNA binding capacity of p19. Our results imply that plant viruses can inhibit the translational capacity of AGO1 mRNA by modulating the endogenous miR168 level to alleviate the anti-viral function of AGO1 protein

Az RNS silencing mechanizmusának vizsgálata állati és növényi modelleken = Mechanism of RNS silencing in animal and plant model organism

A Cymbidium ringspot vírussal fertőzött növényekből származó kis RNS-ek analízise során azt találtuk, hogy a virális kis RNS-ek a genom kitüntetett helyeiről keletkeznek és a a virális kis RNS-ek 80%-a a pozitív, 20%-a a negatív szálról képződik. Ez az arány megegyezik a genomi RNS-ek szálarányával. Eredményeinkből az következik, hogy a virális kis RNS-ek nem a virus ds replikatív intermedierjéről, hanem az egyszálú genomi RNS-ek másodlagos szerkezettel rendelkező régióiról keletkeznek. Az RNS silencing szupresszorokkal végzett munkánk alapján megállapítottuk, hogy a vizsgált virális szupresszorok mind a növényi, mind az állati rendszerekben a kis RNS-ek megkötésével gátolják a RISC komplexek, ezáltal a si- és miRNS indukálta RNS silencing kialakulását. Mivel az általunk vizsgált vírusok taxonómiailag különböző családokba sorolhatók, ezért azt a következtetés is levonhatjuk, hogy a siRNS kötésen alapuló RNS silencing gátlás egy széleskörűen elterjedt RNS silencing szupressziós stratégia. Jól jellemzett kis RNS kötő RNS silencing szupresszorral rendelkező vírusok hatását vizsgáltuk a a kis RNS-ek 3 vessző vég metilációjára. Eredményeink azt mutatják, hogy a TEV HCPro hatékonyan, míg a CIRV p19 kevéssé gátolja meg a virális siRNS-ek és bizonyos endogén miRNS-ek 3 vessző végének metilációját. Sejtfrakcionálásos eredményeink alapján feltételezhetjük, hogy a kis RNS-ek metilációja nemcsak a sejtmagban, hanem a citoplazmában is bekövetkezhet. | A survey of virus-specific siRNAs characterized by a sequence analysis of siRNAs from plants infected with Cymbidium ringspot virus showed that viral siRNA sequences have a nonrandom distribution along the length of the viral genome, suggesting that viral siRNAs derived from highly structured regions of the single stranded viral genome, rather than the ds replicative intermedier. Analyzing several silencing suppressors representing different families of viruses showed that each inhibit the intermediate step of RNA silencing via binding to siRNAs, although the molecular features required for duplex siRNA binding differ among these proteins. None of the suppressors affected the activity of preassembled RISC complexes. In contrast, each suppressor uniformly inhibited the siRNA-initiated RISC assembly pathway by preventing RNA silencing initiator complex formation. We investigated the 3' modification of silencing-related small RNAs in plants infected with viruses expressing small RNA silencing suppressors. We found that CIRV had only a slight effect on viral siRNA 3' modification, but TEV significantly inhibited the 3' modification of si/miRNAs. This suggests that the 3' modification of viral siRNAs occurs in the cytoplasm, though miRNA 3' modification likely takes place in the nucleus as well

Could vectors’ fear of predators reduce the spread of plant diseases?

AbstractPredators influence the behaviour of prey and by doing so they potentially reduce pathogen transmission by a vector. Arthropod predators have been shown to reduce the consumption of plant biomass by pest herbivores, but their cascading non-consumptive effect on vector insects’ feeding behaviour and subsequent pathogen transmission has not been investigated experimentally before. Here we experimentally examined predator-mediated pathogen transmission mechanisms using the plant pathogen Wheat Dwarf Virus that is transmitted by the leafhopper, Psammotettix alienus. We applied in situ hybridization to localize which leaf tissues were infected with transmitted virus DNA in barley host plants, proving that virus occurrence is restricted to phloem tissues. In the presence of the spider predator, Tibellus oblongus, we recorded the within leaf feeding behaviour of the herbivore using electrical penetration graph. The leafhopper altered its feeding behaviour in response to predation risk. Phloem ingestion, the feeding phase when virus acquisition occurs, was delayed and was less frequent. The phase when pathogen inoculation takes place, via the secretion of virus infected vector saliva, was shorter when predator was present. Our study thus provides experimental evidence that predators can potentially limit the spread of plant pathogens solely through influencing the feeding behaviour of vector organisms.</jats:p

Defective Interfering RNAs: Foes of Viruses and Friends of Virologists

Defective interfering (DI) RNAs are subviral RNAs produced during multiplication of RNA viruses by the error-prone viral replicase. DI-RNAs are parasitic RNAs that are derived from and associated with the parent virus, taking advantage of viral-coded protein factors for their multiplication. Recent advances in the field of DI RNA biology has led to a greater understanding about generation and evolution of DI-RNAs as well as the mechanism of symptom attenuation. Moreover, DI-RNAs are versatile tools in the hands of virologists and are used as less complex surrogate templates to understand the biology of their helper viruses. The ease of their genetic manipulation has resulted in rapid discoveries on cis-acting RNA replication elements required for replication and recombination. DI-RNAs have been further exploited to discover host factors that modulate Tomato bushy stunt virus replication, as well as viral RNA recombination. This review discusses the current models on generation and evolution of DI-RNAs, the roles of viral and host factors in DI-RNA replication, and the mechanisms of disease attenuation

Comparison of small RNA next-generation sequencing with and without isolation of small RNA fraction

K