Plant viromes' fluxes: interconnectedness of urban environment, wild and cultivated plants

Virusi so med najpomembnejšimi patogeni mikrobi rastlin, saj povzročajo velike gospodarske izgube v kmetijstvu po vsem svetu. Številni rastlinski virusi, ki so se pojavili v zadnjih desetletjih, so povzročili uničujoče globalne epidemije, ki so prizadele pomembne kulturne rastline. Predpostavlja se, da na porajanje rastlinskih virusov kot škodljivcev močno vplivajo ekološke spremembe oziroma intenzivne kmetijske prakse. Po drugi strani pa so v zadnjih letih v samoniklih rastlinah (na primer plevelnih rastlinah, ki so se izkazale kot potencialni rezervoar gospodarsko pomembnih rastlinskih virusov) odkrili številne viruse, brez očitnih patogenih učinkov na njihove gostitelje. Potencial takšnih virusov za povzročitev bolezni kulturnih rastlin ni jasen, saj ne vemo veliko o kroženju rastlinskih virusov med različnimi habitati znotraj ekosistema. Takšna izmenjava rastlinskih virusov med različnimi rastlinskimi vrstami in različnimi frakcijami ekosistema je pričakovana in lahko povzroči pojav novih škodljivih virusov na kulturnih rastlinah. Hkrati pa v okviru virusne ekologije še vedno ne vemo veliko o prisotnosti in stabilnosti virusov v okolju ter njihovemu potencialu širjenja skozi različne, prostorsko ločene habitate. V naši nedavni raziskavi smo dokazali, da se infektivni patogeni rastlinski virusi preko odpadne vode iz urbanega okolja sproščajo v okolje (reko, v katero se izliva odpadna voda). Malo pa je znanega o drugih možnih prenosih rastlinskih virusov v ekosistemu: npr. med vodo ter vodnimi, kopenskimi in kulturnimi rastlinami. V tem projektu želimo razjasniti, v kolikšni meri takšno kroženje obstaja znotraj razdrobljene antropogene krajine, sestavljene iz urbanih vplivov, samonikle vegetacije in območja kmetijske proizvodnje. Da bi se približali temu cilju, bomo vzpostavili poligon za vzorčenje, ki vključuje različne dele znotraj razdrobljene antropogene krajine: čistilno napravo (ČN; predstavlja prispevek virusov iz človeških, industrijskih in kmetijskih odplak), reko, v katero se izliva prečiščena odpadna voda, vegetacijo samonikle vodne ter kopenske rastlin na različnih lokacijah in območje kmetijske proizvodnje. Izvajali bomo sistematična vzorčenja samoniklih in kulturnih rastlin ter vode na različnih lokacijah in v več časovnih točkah skozi dve rastni sezoni. Z uporabo naključnega visokozmogljivega sekvenciranja bomo določili virome zbranih vzorcev (DP1). Na podlagi podatkov o viromih za različne dele ekosistema, različne vrste gostiteljev in različne časovne točke bomo rekonstruirali bipartitna omrežja, ki predstavljajo razmerja med virusi, gostitelji in habitati. Z uporabo pristopov analize omrežij bomo določili strukturo takih omrežij (ugnezdenost in modularnost), najpomembnejše povezave (npr. vrste virusov, ki povezujejo več povezanih habitatov) in morda razkrili nove/prikrite povezave (DP2). Vzporedno s tem bomo v DP3 z uporabo obsežnih testov infektivnosti ugotovili potencial virusnih vrst, odkritih v samoniklih rastlinah (vodnih in kopenskih) v DP1, da okužijo in povzročijo bolezni na kulturnih rastlinah. Za nadaljnje preučevanje virusnih okužb vodnih rastlin bomo vzpostavili sistem za njihovo inokulacijo v nadzorovanih laboratorijskih pogojih in izvedli teste infektivnosti z izbranimi virusi, pridobljenimi v DP1. Rezultati tega raziskovalnega projekta bodo ponudili inovativne ugotovitve o dejanskem in potencialnem prenosu rastlinskih virusov med različnimi deli razdrobljene antropogene pokrajine. Pridobljeni podatki bodo prispevali k razumevanju epidemiologije rastlinskih virusov v razdrobljenem ekosistemu, na primer določitev pomembnih vrst rastlinskih virusov, ki povezujejo različne habitate. To bo omogočilo boljše razumevanje mehanizmov pojava rastlinskih bolezni, ki jih povzročajo virusi, in njihove razširjenosti v ekosistemu. Takšni podatki bodo imeli pomembno vrednost za razumevanje tveganj, povezanih s kmetijskimi in naravovarstvenimi praksami ter praksami upravljanja z vodami v ekosistemu.