Vuosikymmenen kuluttua kaikki kasvivirukset tunnistetaan nopeasti ja helposti pienten RNA-pätkien avulla

Uusien tutkimusmenetelmien avulla ei enää ensin tarvitse arvailla, mitä kasvivirusta ollaan etsimässä ja valita tunnistusmenetelmiä sen mukaan. Pelkkä näyte kasvista riittää.

Virusten tunnistaminen kasvista on takavuosina ollut työlästä puuhaa. Näkyvien oireiden perusteella on yritetty ensin päätellä, mistä viruksesta voisi olla kyse. Sen jälkeen viruksen läsnäolo on pyritty todistamaan esimerkiksi juuri sille tyypillisen vasta-aineen avulla. Virus voi myös löytyä elektronimikroskoopilla tarkasteltuna.

Silmämääräisesti oireettomista kasveista on kuitenkin vaikea lähteä haarukoimaan viruksia. Monet kasvien terveyden kannalta vaaralliset virukset voivat olla oireettomia tietyissä koristekasvilajeissa, mutta ne saattavat aiheuttaa suuria tuhoja levitessään tuotantokasveihin.

Viimeisintä huutoa oleva, pienten RNA-jaksojen syntymiseen perustuva siRNA-analyysi antaa keinot tunnistaa kaikki näytteessä olevat virukset, vaikka kasvissa ei olisikaan oireita.

– Menetelmä perustuu siihen, että kaikki virukset ja niitä pienemmät viroidit muodostavat kaksijuosteisia RNA-rakenteita jossain monistumisensa vaiheessa. Soluissa toimivat erikoistuneet entsyymit tunnistavat tällaisen kaksijuosteisen RNA:n, kiinnittyvät siihen ja pilkkovat sen 21, 22 tai 24 emäksen mittaisiksi paloiksi, kuvaa professori Jari Valkonen Helsingin yliopiston maatalous-metsätieteellisestä tiedekunnasta tapahtumaketjun ensi vaiheita.

Silputtu RNA ei suinkaan jää kellumaan solussa vapaana. Toinen entsyymi sitoo RNA-pätkiä, ja hajottaa samalla niistä toisen juosteen. Jäljelle jää yksijuosteinen RNA-palanen, jossa on kiinni entsyymi.

Entsyymiä mukanaan kuljettava juoste toimii sitten salapoliisina. Kun juoste löytää viruksen yksijuosteisesta perimästä vastinparinsa, se napsahtaa siihen kiinni. Mukana kulkeva entsyymi kiinnittyy viruksen perimään ja katkaisee sen toimintakyvyttömäksi.

– Sitten tarvitaan vielä kolmas entsyymi, jonka avulla yksijuosteisesta RNA:sta tehdään kaksijuosteinen. Sen jälkeen koko prosessi pilkkomisineen alkaa alusta, ja vauhti kiihtyy koko ajan. Yhä suurempi määrä viruksen RNA-molekyylejä hajotetaan, ja lyhyiden RNA-pätkien määrä kasvaa nopeasti, Jari Valkonen kuvailee.

Virustunnistuksessa käytetään nimenomaan näitä lyhyitä, määrämittaisia RNA-palasia. Ne eristetään kasvimateriaalista, ja niiden emäsjärjestys eli sekvenssi selvitetään. Miljoonista lyhyistä pätkistä voidaan limittämällä koostaa kokonainen viruksen perimä tai joka tapauksessa isoja osia siitä. Emäsjärjestyksen perusteella päästään etsimään viruskirjastoista sopivia osumia, jotka antavat viitteitä virussuvusta ja -lajista. Samalla kirjaston sisältö täydentyy koko ajan.

Menetelmän merkittävin etu on, että kaikki näytteessä olevat virukset ja viroidit löytyvät kerralla. Sama emäsjärjestyksestä kertova aineisto voidaan analysoida aika ajoin uudelleen. Samoista näytteistä pystytään sitten löytämään uusia viruksia ja viroideja, kun tietoa niiden genomeista karttuu tietokantoihin.

– Myös viljelykasvien perimän selvittäminen tehostaa tällämenetelmällätehtäväävirustestausta, koska kasveista peräisin olevat pikku-RNA:t voidaan sulkea pois sekvenssidata-aineistosta ennen virusten etsimista. Sellaisetkin virukset, joiden emäsjärjestys on hyvin erilainen kuin tunnetuilla viruksilla, voidaan silloin havaita helpommin.

Suuri taloudellinen merkitys

Virusten tunnistaminen viljelykasveista on tärkeää sen vuoksi, että virukset voivat aiheuttaa suuriakin sadonmenetyksiä. Virukset voivat useimmiten siirtyä myös eri kasvilajien välillä. Virusten leviämisen ehkäisyllä ja puhtaan lisäysaineiston käytöllä on olennainen merkitys.

Virusten tunnistamisen merkitys on kasvanut kasvien vilkastuneen maahantuonnin vuoksi. Suomeen ei haluta päästää vaarallisia kasvintuhoojia, jotka esimerkiksi puutarhatuotannossa voivat puolittaa sadon tai jotka ovat maailmalla pakottaneet lopettamaan viljelyn jopa kokonaan.

– Erityisen tärkeää on siksi ensin tunnistaa kasvintuhoojat, jotta niiden kulkeutuminen Suomeen tai tilalta toiselle voidaan estää, sanoo Johanna Santala Ruokavirastosta.

Viikin kampuksella sijaitsevassa Ruokavirastossa on jo parin vuoden ajan käytetty syväsekvensointilaitteistoa, jolla pienistä RNA-pätkistä saadaan selville niiden emäsjärjestys. Toden teolla laitteisto on otettu käyttöön viime vuonna alkaneessa tutkimusprojektissa, jossa selvitetään perunan virustartuntoja. Tulevaisuudessa analyysiä hyödynnetään esimerkiksi vihannes- ja marjakasvien taimiaineiston puhtauden varmistamisessa.

Vastaavia syväsekvensointimenetelmiä voidaan käyttää virusten testaamiseen myös hyönteisistä, ankeroisista ja tasalämpöisistä eläimistä. Lisäksi syväsekvensoinnilla voidaan tunnistaa bakteereita ja sieniä. Ruokavirastossa syväsekvensointia käytetäänkin kasvivirusten tunnistamisen lisäksi esimerkiksi bakteerikantojen tyypitykseen ruokamyrkytysepidemioiden yhteydessä.

Kaikki lähti bataatista

Helsingin yliopistossa ja Ruotsin maatalousyliopisto SLU:ssa opiskellut, nykyisin Perussa sijaitsevassa kansainvälisessä perunatutkimuskeskuksessa työskentelevä tohtori Jan Kreuze hoksasi kymmenen vuotta sitten käyttää pikku-RNA-analyysiä virusten löytämiseksi. Solukkoviljelyllä ylläpidetyn bataattikannan piti olla viruksista puhdasta, mutta sieltä löytyi kolme ennalta tuntematonta virusta. Lisää viruksia löydettiin esimerkiksi kasvisolukkoviljelmistä ja ydinkasviaineistoista.

Viruksia on tällä menetelmällä tunnistettu jo kymmeniltä kasveilta, kuten esimerkiksi perunasta, tomaatista, pepinosta, viiniköynnöksestä, vadelmasta, koiranheinästäsekämonista luonnonvaraisista kasveista. Menetelmällä on Suomessa löydetty myös mustavatun kuoliovirus (BRNV) luonnonvatuista, vadelman lehtiläiskävirus (RLBV) muovitunneleissa ja avomaalla viljellyistä vadelmista sekäseittitakiaisista inkaliljan X-virus ja seittitakiaisenkeltasuonivirus (WBYVV), joita ei aiemmin tiedetty Suomessa esiintyvänkään.

Jan Kreuze and Mirella Flores-Gonzales visit Viikki Campus

Jan Kreuze and Mirella Flores-Gonzales explain potato virus research.