Isäntälajin perimän vaihtelu vaikuttaa virusten monimuotoisuuden esiintymiseen luonnossa

Viruksia tavataan kaikkialla kasvi- ja eläinkunnassa, mutta tiede ei vieläkään tunne valtaosaa niistä. Tutkijat ovat vasta äskettäin kehittäneet analysointimenetelmiä ja tilastointityökaluja, joilla pyritään vastaamaan yhteen ratkaisevan tärkeään kysymykseen: Miksi jotkin yksilöt ovat alttiimpia viruksille samalla kun toisille virukset eivät aiheuta mitään haittaa?

 Taudinaiheuttajien kirjo ratkaisee

Nyt jo tiedetään, että perinnölliset erot voivat lisätä eläinten tai kasvien kykyä vastustaa yksittäisiä viruksia. On kuitenkin käymässä entistä selvemmäksi, että useimmissa eliöissä ei elä ainoastaan yhdenlaisia taudinaiheuttajia, vaan monien eri mikrobilajien muodostamia monimuotoisia yhteisöjä. 

 – Infektioiden monimuotoisuuden syistä on saatava selvyys, jotta voidaan ymmärtää ja selittää tautidynamiikkaa ja tartunnan seurauksia isäntäeliölle, kertoo professori Anna-Liisa Laine bio- ja ympäristötieteellisestä tiedekunnasta.

On muun muassa mahdollista, että ensimmäisenä isäntäeliöön ehtivä taudinaiheuttaja antaa sille vastustuskyvyn seuraavaa taudinaiheuttajaa vastaan. Toistaiseksi virusyhteisöjen koostumukseen vaikuttavat tekijät tunnetaan kuitenkin huonosti.

Laineen tutkimusryhmä, joka toimii sekä Zürichissä että Helsingin yliopistossa, on nyt osoittanut, että perimän vaihtelulla on suuri vaikutus eliöyksilöiden isännöimän virusyhteisön monimuotoisuuteen. 

– Tämän perusteella lajin geneettisen monimuotoisuuden väheneminen voi vaikuttaa huomattavasti riskiin saada virustartuntoja, Laine toteaa. 

Identtiset kasvit, eri ympäristö

Tutkimusryhmä käytti tutkimuksissaan heinäratamoa (Plantago lanceolata). Lajin yksittäisiä edustajia voidaan kloonata juurista, jolloin saadaan perimältään identtisiä jälkeläisiä. Tällä menetelmällä tutkijat kasvattivat neljästä eri heinäratamo-muunnoksesta kustakin 80 kloonia ja istuttivat ne Ahvenanmaalla neljässä eri paikassa esiintyviin luonnonmukaisiin heinäratamopopulaatioihin. Näin kasvikloonit altistettiin luonnossa esiintyvien virusten hyökkäyksille. 

– Sijoittamalla identtisiä kasveja eri ympäristöihin ja pitämällä kaikki muut tekijät samanlaisina saatoimme selvittää perimän roolia perinpohjaisesti, Laine kertoo.

Kaksi ja seitsemän viikkoa myöhemmin tutkijat keräsivät lehtiä ja selvittivät, mitkä viidestä yleisestä kasviviruksesta olivat tartuttaneet kloonit. Tulosten mukaan arviolta kaksi kolmasosaa kasveista oli saanut ainakin yhden virustartunnan, ja tartunnan saaneista lähes neljännes kantoi useampaa kuin yhtä virusta. Eri virusyhdistelmiä havaittiin yhteensä 17, kun kasvia kohden virusten määrä vaihteli kahdesta viiteen. 

Perintötekijät tärkeimpiä

Tämän jälkeen selvitettiin kehittyneiden tilastomallinnusmenetelmien avulla, kuinka paljon eri tekijät – perimä, sijainti, kasvin koko, kasvinsyöjien aiheuttamat vauriot ja virustenvälinen kanssakäyminen – vaikuttivat virusyhteisöjen koostumukseen. Tulosten perusteella isäntäeliön perimän vaihtelu selitti suurimman osan virusyhteisöissä havaitusta vaihtelusta.´

– Vaikka perimän otaksuttiinkin olevan yksi osatekijä, oli suuri yllätys, että se onkin kaikkein määräävin tekijä, toteaa Laine. 

Toinen merkittävä tekijä oli paikallisympäristö, mutta kasvin koon, kasvinsyöjien ja muiden tekijöiden vaikutus oli vähäinen.

– Tämä osoittaa ensimmäisen kerran, että erot perimässä, luultavimmin vastustuskykyä säätelevissä geeneissä, vaikuttavat ratkaisevasti monimuotoisten taudinaiheuttajayhteisöjen esiintymiseen isäntäeliössä, Laine sanoo. – Seuraavaksi on muun muassa tunnistettava tähän vaikuttavat geenit.

Geneettinen monimuotoisuus vahvistaa lajeja

Tutkimustulokset osoittavat geneettisen monimuotoisuuden merkityksen yksittäisille lajeille, sillä sen väheneminen tekee lajin entistä alttiimmaksi virusinfektioille, millä on kauaskantoiset vaikutukset luonnon monimuotoisuudelle. Luonnossa elävien populaatioiden geneettinen monimuotoisuus vähenee jo nykyään ihmisen hävittäessä eliöiden luonnonmukaisia elinympäristöjä. 

Laineen mukaan tulosten avulla voidaan myös mahdollisesti parantaa viljelykasvien kykyä vastustaa taudinaiheuttajia:

– Viljelyjärjestelmien geneettistä monimuotoisuutta pitäisi hyödyntää kestävänä tautien torjunnan keinona maataloudessa. Ei siis ainoastaan yksittäisten tuholaisten, vaan kokonaisten taudinaiheuttajayhteisöjen torjunnassa.

Tutkimusta toteutetaan Euroopan tutkimusneuvoston (ERC) Laineelle myöntämän apurahan avulla. Hankkeen tarkoituksena on tutkia, miten isäntäeliön vastustuskyky toimii ja kehittyy monien eri virusten hyökkäyksen aikana.