Blogi: Pieniä RNA-molekyylejä tutkimalla voidaan estää taloudellisia tappioita

8. toukokuuta 2019

Kasvivirukset aiheuttavat kasvintuotannossa satotappioita sekä kasvien heikentyvän kasvun että sadon laadun alenemisen vuoksi. Esimerkiksi kurkun vihermosaiikkivirus saattaa tuhota koko kurkkukasvuston, jolloin satoa ei saada lainkaan. Perunan maltokaarivirus puolestaan ei yleensä juurikaan vähennä mukulasatoa, mutta mukuloiden pinnalle ja sisäosiin muodostuu kuoliokaaria, jotka pilaavat sadon laadun vaikeuttaen mukuloiden käyttöä elintarviketeollisuudessa.

Taloudellisesti tehokkain tapa torjua kasviviruksia on ennaltaehkäisy. Virusten leviämistä voidaan estää kasvinterveyslainsäädännöllä, jonka nojalla voidaan tarkastaa maahan tuotavia ja markkinoilla olevia kasveja sekä kartoittaa kasvintuhoojien, kuten virusten, esiintymistä tuotantopaikoilla. Tarkastusten ja kartoitusten yhteydessä kasveista otetaan näytteitä, jotka tutkitaan virallisissa kasvintarkastuslaboratorioissa, joka Suomessa on Ruokaviraston kasvianalyytiikan laboratorio. Kasvissa virustartunnan aikana syntyvät pienet RNA-molekyylit mahdollistavat kaikkien näytteessä olevien kasvivirusten havaitsemisen kerralla.

Yksittäiset testit vievät aikaa ja rahaa

 Kasvivirusten tunnistaminen oireiden avulla on epäluotettavaa, koska eri virusten aiheuttamat oireet muistuttavat usein toisiaan ja toisaalta sama virus voi aiheuttaa eri kasvilajeissa ja -lajikkeissa hyvinkin erilaisia ja voimakkuudeltaan vaihtelevia oireita.

Tyypillistä testeille on, että näytteistä tutkitaan ennalta sovitut tai oireiden perusteella todennäköiset virukset. Virallisissa kasvintarkastuslaboratorioissa ylläpidetäänkin testejä lähinnä lainsäädännössä mainituille tai muuten erityisen haitallisille kasviviruksille.

Kasveilta on tähän mennessä löydetty satoja erilaisia viruksia, joten kaikkia kasveja mahdollisesti sairastuttavia viruksia ei ole taloudellisesti järkevää tutkia viruskohtaisilla testeillä. Satojen testien ylläpito laboratoriossa ei ole käytännössä edes mahdollista.

Kokonaisvaltainen analyysi löytää tutut ja huomaa uudet virukset

Kasvit tunnistavat kaikki niitä tartuttavat virukset RNA-hiljennykseksi kutsutun puolustusmekanismin avulla. RNA-hiljennyksessä kasvin puolustusmekanismi tunnistaa virusperäisiä RNA-rakenteita ja pilkkoo niitä lyhyiksi RNA-molekyyleiksi eli pikku-RNA:ksi ja pyrkii näin estämään virusinfektion etenemisen.

Riippumatta siitä, miten tehokkaasti viruksen lisääntyminen estyy, kasviin kertyy RNA-hiljennyksen seurauksena pikku-RNA:ta kaikista sitä sairastuttavista viruksista.

Kasvista voidaan laboratoriossa eristää siihen kertyneet pikku-RNA:t, joiden emäsjärjestys voidaan selvittää syväsekvensointilaitteilla. Sekvensoinnin tuloksena saaduista miljoonista lyhyistä sekvenssipätkistä voidaan bioinformatiikan keinoin koostaa kokonainen viruksen perimä tai osa siitä. Näitä koostesekvenssejä voidaan verrata tietokannoissa oleviin virussekvensseihin ja tunnistaa kerralla kaikki kasvia sairastuttavat virukset.

Lisäksi menetelmällä voidaan löytää tieteelle täysin tuntemattomia viruksia.

Tieteellisestä tutkimuksesta rutiinidiagnostiikkaan

Pikku-RNA:n hyödyntäminen kasvivirusdiagnostiikassa keksittiin vuonna 2009. Se omaksuttiin laaja-alaisuutensa vuoksi nopeasti tieteellisen tutkimuksen välineeksi.

Menetelmän rutiinikäyttö kasvinterveyslaboratoriossa vaatii kuitenkin parhaiden toimintatapojen määrittämistä, vakioimista ja validointia eli tulosten oikeellisuuden ja toistettavuuden varmistamista. Näin varmistetaan, että testi toimii luotettavasti.

Elintarviketurvallisuusvirasto Evira (nykyisin osa Ruokavirastoa) oli jo vuosina 2013 - 2016 mukana Maatilatalouden kehittämisrahaston (Makera) rahoittamassa projektissa, jossa yhdessä Helsingin yliopiston ja Luonnonvarakeskuksen kanssa selvitettiin pikku-RNA -sekvensoinnin käyttökelpoisuutta kasvinterveyden valvonnassa.

Projektin tärkeintä antia oli menetelmän herkkyyden vertaaminen nykyisin käytössä olevaan polymeraasiketjureaktioon (PCR) perustuvaan testiin.

Vertailussa selvisi, että pikku-RNA -analyysin avulla voidaan taloudellisesti todeta yhtä pieniä virusmääriä kuin PCR-menetelmillä.

Euroopan tieteen ja tekniikan yhteistyöohjelman rahoittamassa Deep Investigation of Virus Associated Sequences -hankkeessa vuosina 2015 - 2018 selvitettiin 28 osallistujamaan ja useiden eurooppalaisten kasvintarkastuslaboratorioiden voimin parhaita käytäntöjä muun muassa pikku-RNA -analyysin toistettavuuden ja luotettavuuden varmistamiseen. Tulosten pohjalta Euroopan ja Välimerenmaiden kasvinsuojeluorganisaatio EPPO on laatimassa ohjeistusta laboratorioille, jotka haluavat ottaa menetelmän käyttöön rutiinidiagnostiikassa. 

Ruokavirastossa pikku-RNA -analyysin käyttöönotto alkoi toden teolla vuonna 2018 silloiseen Eviraan hankitun syväsekvensointilaitteen ja perunan viruksiin liittyvän Maaseudun kehittämisrahaston eli  Makera  -hankkeen, Virukset suomalaisessa perunantuotannossa – yleisyys ja tartunnan lähteet, myötä. Hankkeen aikana on tarkoitus selvittää perunantuotannon virustilanne ja validoida menetelmää kasvintarkastuslaboratorion käyttöön.

Tulevaisuudessa pikku-RNA -analyysiä voidaan käyttää esimerkiksi vihannes- ja marjakasvien taimiaineiston virusvapauden varmistamiseen ja siten torjua ruoantuotannon määrällisiä ja laadullisia satotappioita.

 

Santala.jpgJohanna Santala
erikoistutkija, kasvintuhoojajaosto