ОТДЕЛ БИОХИМИИ ВИРУСОВ РАСТЕНИЙ 

---

Иосиф Григорьевич Атабеков
заведующий отделом,  академик РАН и РАСХН, доктор биологических наук, профессор

---

Отдел организован в 1965 г., его первым и бессменным руководителем является академик РАН и РАСХН, действительный чден Европейской Академии, профессор, И.Г. Атабеков.

В структуру отдела входят: лаборатория молекулярной биологии вирусов (зав. - дбн, проф. Ю.Л. Дорохов) и лаборатория генной инженерии вирусов (зав. - дбн, проф. С.Ю. Морозов). Основные сотрудники отдела: дбн, проф. Е.Н. Добров, дбн А.Г. Соловьев и дбн Н.О. Калинина, кбн Т.В.Комарова. В разные годы в составе отдела работали А.А.Аграновский, В.П. Бойко, В.В. Доля, И.Б. Каплан, А. Мушегян, М.Э. Тальянский.

Основные направления научных исследований. Изучение структуры и механизмов выражения генома на моделях вирусов четырех разных групп: тобамовирусы, потеквирусы, гордеивирусы и клостеровирусы. Изучение молекулярных механизмов транспорта (внутриклеточного, межклеточного и системного) вирусов в растениях на моделях тобамо-, потекс- и гордеивирусов. Изучение механизмов регуляции трансляции вирусных РНК. Конструирование вирусных векторов на основе геномов тобамовирусов, способных продуцировать в зараженном растениии два и более целевых белка для биотехнологических целей. Создание трансгенных растений, устойчивых к вирусам и вироидам, на основе новых стратегий индукции устойчивости, в частности, с использованием генов клеточных белков-рецепторов. Разработка и усовершенствование иммунохимических и молекулярно-генетических методов массовой диагностики вирусов и вироидов растений.

Участие в выполнении научно-исследовательских проектов (программ) и грантовая поддержка. Федеральные программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения", "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002-2006 годы", проект "Молекулярно-биологические основы диагностики и профилактики особо опасных болезней сельскохозяйственных животных и растений"; программа "Развитие новых направлений биотехнологии и биобезопасности", проект "Создание трансгенных растений - суперпродуцентов гетерологичных белков (в том числе медицинского назначения)"; программа "Фитобиотехнология", проект "Изучение роли протеинкиназ в межклеточном транпорте и путей их использования в создании вирусоустойчивых растений", "Интеграция", "Международные проекты" Минпромнауки РФ, "Университеты России". Совместные проекты. В России: совместно с Центром "Биоинженерия" РАН, Институтом цитологии СО РАН, ИБХ РАН, Физическим факультетом МГУ, ВНИИ сельскохозяйственной биотехнологии РАСХН, ВНИИ картофельного хозяйства РАСХН, Всероссийским селекционно-технологическим институтом садоводства и питомниководства РАСХН. За рубежом: с Институтом Фридриха Мишера г. Базель, Швейцария; Университетом Стони Брук г. Нью-Йорк, США; Биотехнологическим центром Университета г. Хельсинки и Университетом г. Турку, Финляндия; Институтом биохимии, вирусов растений и биозащиты г. Брауншвейг и Федеральным центром биологических исследований г. Доссельхейм, Германия; Шотландским институтом растениеводства, Великобритания. Гранты: ряд грантов РФФИ, Федеральной программы 'Ведущие научные школы' (академик И.Г. Атабеков), президентский грант "Молодые доктора наук" (А.Г. Соловьев), шесть грантов INTAS, грант FIRCA и три гранта фонда Фольксваген.

Основные научные достижения отдела.
Исследование структуры и механизма экспрессии вирусных геномов. На основании определения первичной структуры полных геномов двух потексвирусов, двух гордеивирусов, клостеровируса и тобамовируса выяснена принципиальная организация геномов вирусов этих групп [Morozov et al., 1987; Solovyev et al., 1994, 1996; Savenkov et al., 1996, Agranovsky et al., 1991a, b; Boyko et al., 1992; Agranovsky et al., 1994; Dorokhov et al., 1994]. Показано, что 5'-нетранслируемая последовательность РНК ХВК (a/b-лидер), выполняет функцию трансляционного энхансера [Tomashevskaya et al., 1993]. Описан новый для тобамовирусов механизм внутренней инициации трансляции для экспрессии двух вирусных генов, транспортного белка (ТБ) и белка оболочки (БО); выявлены участки внутренней посадки рибосом (УВПР) [Ivanov et al., 1997; Skulachev et al., 1999; Dorokhov et al., 2002; Dorokhov et al., 2006].
Структура вирусов и свойства белков оболочки. В геноме клостеровируса, выявлены уникальные гены гомолога шаперонов НSP70 и дивергированного дубликата БО. Показано, что структура нитевидных частиц вируса желтухи свеклы состоит из двух БО [Agranovsky et al., 1995], исследованы функции и биохимические активности некоторых белков клостеровирусов [Agranovsky et al., 1994; 1997, 1998; Erokhina et al., 2001; Zinovkin et al., 2003]. Предложены детализированные модели пространственной структуры БО потивируса А вируса картофеля и потексвируса Х вируса картофеля [Baratova et al., 2001; 2004].Изучены процессы индуцированной нагреванием или детерентами аморфной агрегации белка оболочки ВТМ [Rafikova et al. 2003; Panyukov et al. 2006].
Исследование молекулярных механизмов транспорта вирусной инфекции в растении. Впервые сформулирована гипотеза активного вирус-кодируемого транспорта вирусной инфекции в растениях [Atabekov et al., 1983; Atabekov, Dorokhov, 1984]. Выделены и охарактеризованы вирус-специфические информосомо-подобные рибонуклеопротеиды (вРНП) - предполагаемая транспортная форма вируса табачной мозаики (ВТМ) [Dorokhov et al., 1983,1984 a, б]. Показано, что ТБ ВТМ обладает способностью ингибировать трансляцию вирусной РНК in vitro и in vivo [Karpova et al., 1997; 1999]. Сформулирована важная роль клеточных пектинметилэстеразы (ПМЭ) и протеинкиназ в межклеточном транспорте ВТМ [Dorokhov et al., 1999; Karger et al., 2003]. Выявлена важная роль  ПМЭ в развитии процесса посттрансляционного умолкания генов в растении (Dorokhov et al., 2006а,b). Открыт новый консервативный модуль генов (тройной блок транспортных генов), ответственный за транспорт вирусных геномов в зараженных растениях [Morozov et al., 1987, 1989; Solovyev et al., 1996]. Изучена субдоменная организация белка, кодируемого первым геном ТБГ, охарактеризована его РНК-связывающая, АТФазная и хеликазная активности [Morozov et al., 1999; Kalinina et al., 2001, 2002]. Открыто явление котранспорта мембранно-связанных ТБ ТБГ [Solovyev et al., 2000; Gorshkova et al., 2003].  Изучены механизмы и сигналы, определяющие пути внутриклеточного вирусного транспорта (Zamyatnin et al., 2004, Schepetilnikov et al., 2005, Paape et al., 2006). Выявлены и изучены функции регуляторных цистеин-богатых белков в супрессии посттрансляционного умолкания генов (Yelina et al, 2002, 2005)  и как детерминант вирусной патогенности (Luchovitskaya et al, 2005; Луховицкая и др., 2005). Открыты механизмы трансляционной активации вирионов Х-вируса картофеля: 1) с участием ТБ [Atabekov et al., 2000; Rodionova et al., 2003; Kiselyova et al., 2003] или 2) путем фосфорилирования N-концевого района БО в составе вириона [Atabekov, 2001].
Прикладные исследования. Создана система суперэкспрессии туберкулезных вакцинных белков в растении. Разработаны диагностические средства для тестирования вирусов картофеля и плодовых культур на основе оригинальной аналитической системы иммуноферментного анализа (ИФА) 'Пиротест' с использованием в качестве фермента-маркера неорганической пирофосфатазы E. coli. [Бобкова и др. 2000; 2003]. Разработана новая высокочувствительная система серийной экспресс-диагностики вироида картофеля, сочетающая молекулярную гибридизацию с применением кДНК зондов на основе диен-платины с ИФА [Дрыгин и др., 2000; Кондакова и Дрыгин, 2004].

Научные достижения отдела отмечены Государственной премией (И.Г. Атабеков, Ю.Л. Дорохов, М.Э. Тальянский, С.И. Малышенко), премией им. Д.А. Сабинина биологического факультета МГУ (А.А. Аграновский; ), премиями Европейской академии наук для молодых ученых (А.Г. Соловьев, Е.Н. Савенков), Государственной премией РФ для молодых ученых (А.Г. Соловьев, О.Н. Федоркин Е.Н. Савенков). Ломоносовской премией МГУ (И.Г. Атабеков), дипломами I-й степени 3-й Международной выставки "Инновации-2000. Технологии живых систем", сотрудники отдела награждены медалями ВВЦ.

Основные научные публикации отдела:
1.Atabekov JG, Dorokhov YuL Plant virus-specific transport function and resistance of plants to viruses. Adv Virus Res. 1984; 29: 313-364.
2.Dorokhov YuL, Alexandrova NM, Miroshnichenko NA, Atabekov JG. The informosome-like virus-specific ribonucleoprotein (vRNP) may be involved in the transport of tobacco mosaic virus infection. Virology. 1984; 137: 127-134.
3.Atabekov JG, Taliansky ME. Expression of plant virus-coded transport function by different viral genomes. Adv Virus Res. 1990; 38: 201-248.
4.Malyshenko SI, Kondakova OA, Nazarova YuV, Kaplan IB, Taliansky ME, Atabekov JG. Reduction of tobacco mosaic virus accumulation in transgenic plants producing non-functional viral transport proteins. J Gen Virol. 1993; 74: 1149-1156.
5.Tomashevskaya OL, Solovyev AG, Karpova OV, Fedorkin ON, Rodionova NP, Morozov SYu, Atabekov JG. Effects of sequence elements in the potato virus X RNA 5'-non-translated ab-leader on its translation enhancing activity. J Gen Virol. 1993; 74: 2717-2724.
6.Agranovsky AA, Koonin EV, Boyko VP, Maiss E, Frotschl R, Lunina NA, Atabekov JG. Beet yellow closterovirus: complete genome structure and identification of a leader papin-like thiol protease. Virology, 1994, 198: 311-324.
7.Agranovsky AA, Lesemann DE, Maiss E, Hull R, Atabekov JG. "Rattlesnake" structure of a filamentous plant RNA virus built of two capsid proteins. Proc Natl Acad Sci USA. 1995; 92: 2470-2473.
8.Agranovsky AA. Principles of molecular organization, expression and evolution of closteroviruses: Over the barriers. AdvVirus Res. 1996; 47: 119-158.
9.Karpova OV, Ivanov KI, Rodionova NP, Dorokhov YuL, Atabekov JG. Nontranslatability and dissimilar behavior in plants and protoplasts of viral RNA and movement protein complexes formed in vitro. Virology. 1997; 230: 11-21.
10.Seppanen P, Puska R, Honkanen J, Tyulkina LG, Fedorkin ON, Morozov SYu, Atabekov JG. A movement protein-derived resistance to triple gene block-containing plant viruses. J Gen Virol. 1997; 78: 1241-1246.
11.Solovyev AG, Zelenina DA, Savenkov EI, Grdzelishvili VZ, Morozov SYu, Lesemann D-E, Maiss E, Casper R, Atabekov JG. Movement od barley stripe mosaic virus chimera with a tobacco mosaic virus movement protein. Virology, 1996, 217: 453-461.
12.Ivanov PA, Karpova OV, Skulachev MV, Tomashevskaya OL, Rodionova NP, Dorokhov YuL, Atabekov JG. A tobamovirus genome that contains an internal ribosome entry site functional in vitro. Virology. 1997; 232: 32-43.
13.Dorokhov YuL, Makinen KM, Frolova OYu, Merits A, Kalkkinen N, Saarinen J, Atabekov JG, Saarma M. A novel function for a ubiquitous plant enzyme pectin methylesterase: the host-cell receptor for the tobacco mosaic virus movement protein. FEBS Lett. 1999; 461: 223-228.
14.Skulachev MV, Ivanov PA, Karpova OV, Korpela T, Rodionova NP, Dorokhov YuL, Atabekov JG. Internal initiation of translation directed by the 5'-untranslated region of the tobamovirus subgenomic RNA I2. Virology. 1999; 263: 139-154.
15.Solovyev AG, Savenkov EI, Grdzelishvili VZ, Kalinina NO, Morozov SYu, Atabekov JG. Movement of hordeivirus hybrids with exchanges in the triple gene block. Virology. 1999; 253: 278-287.
16.Morozov SYu, Solovyev AG, Kalinina NO, Fedorkin ON, Samuilova OV, Schiemann J, Atabekov JG. Evidence for two non-overlapping functional domains in the potato virus X 25K movement protein. Virology. 1999; 260: 55-63.
17.Atabekov JG, Rodionova NP, Karpova OV, Kozlovsky SV, Poljakov VYu. The movement protein-triggered in situ conversion of potato virus X virion RNA from nontraslatable into a translatable form. Virology. 2000; 271: 259-263.
18.Solovyev AG, Stroganova TA, Zamyatnin AA, Fedorkin ON, Schiemann J, Morozov SYu. Subcellular sorting of a small membrane-associated triple gene block proteins: TGBp3-assisted targeting of TGBp2. Virology. 2000; 269: 113-127.
19.Atabekov JG, Rodionova NP, Karpova OV, Kozlovsky SV, Novikov VK, Arkhipenko MV. Translational activation of encapsidated potato virus X RNA by coat protein phosphorylation. Virology. 2001; 286: 466-474.
20.Baratova LA, Efimov AV, Dobrov EN, Fedorova NV, Hunt R, Badun GA, Ksenofontov AL, Torrance L, Jarvekulg L. The in situ spatial organisation of potato virus A coat protein subunits assesed by tritium bombardment. J Virol. 2001; 75: 9696-9702.
21.Dorokhov YuL, Skulachev MV, Ivanov PA, Zvereva SD, Tjulkina LG, Merits A, Gleba YY, Hohn T, Atabekov JG. Polypurine (A)-rich sequences promote cross-kingdom conservation of internal ribosome entry. Proc Natl Acad Sci USA. 2002; 99: 5301-5316.
22.Kalinina NO, Rakitina DV, Soloviev AG, Schieman J, Morozov SYu. RNA helicase activity of the plant virus movement proteins encoded by the first gene of the triple gene blok. Virology. 2002; 296: 321-329.
23.Yelina NE, Savenkov EI, Soloviev AG, Morozov SYu, Valkonen JPT. Long-distance movement, virulence, and RNA silencing suppression controlled by a single protein in hordei- and potyvirus: complementary funcions between virus families. J Virol. 2002; 78: 12981-12991.
24.Rodionova NP, Karpova OV, Kozlovsky SV, Zayakina OV, Arkhipenko MV, Atabekov JG. Linear remodeling of helical virus by movement protein binding. J Mol Biol. 2003; 333: 565-572.
25.Karger EM, Frolova OYu, Fedorova NV, Baratova LA, Ovchinnikova TV, Susi P, Makinen K, Ronnstrand L, Dorokhov YuL, Atabekov JG. Dysfunctionality of a tobacco mosaic virus movement protein mutant mimicking threonine 104 phosphorylation. J Gen Virol. 2003; 84: 727-732.
26.Morozov SYu, Solovyev AG. Triple gene block: modular design of a multifunctional machine for plant virus movement. J GenVirol. 2003; 84: 1351-1366.
27.Dorokhov, Y.L.,  Skurat,  E.V.,  Frolova, O.Y., Gasanova, T.V., Ivanov, P.A.,  Ravin N.V., Skryabin K.G., M?kinen,  K.,  Klimyuk V., Gleba Y.Y. and Atabekov, J.G. 2006. Role of the leader sequences in tobacco pectin methylesterase secretion. FEBS Letters 580, 3329-3334.
28.Dorokhov Yu.L., Ivanov P.A.,  Komarova T.V., Skulachev M.V. and Atabekov J. G. 2006. An internal ribosome entry site located upstream of the crTMV coat protein (CP) gene can be used for CP synthesis in vivo. J.Gen. Virol. 87, 2693-2697.
29.Dorokhov, Y.L.,  Frolova, O.Y., Skurat,  E.V., Ivanov, P.A. Gasanova, T.V., Sheveleva  A.S.,  Ravin N.V., M?kinen,  K.,  Klimyuk V.I., Skryabin K.G., Gleba Y.Y. and  Atabekov, J.G. 2006. A novel function for a ubiquitous plant enzyme pectin methylesterase: the enhancer of  RNA silencing. FEBS Letters 580, 3872-3878.

Основные публикации за последние 3 года:
1.  1.Zvereva S. D., Ivanov P. A., Skulachev M. V., Klyushin A. G.,  Dorokhov Yu. L., and Atabekov J. G. 2004. Evidence for contribution of internal ribosome entry site to intercellular transport of a tobamovirus. J.Gen.Virol. 85, 1739-1744.
2.Baratova L.A., Fedorova N.V., Dobrov E.N., Lukashina E.V., Kharlanov A.N., Nasonov V.V., Serebryakova M.V., Kozlovsky S.V., Zayakina O.V., Rodionova N.P. 2004. N-terminal segment of potato virus X  coat protein subunits is glycosylated and mediates formation of a bound water shell on the virion surface.  Eur. J. Biochem., 271, 3136-3145.
3.Добров Е.Н., Ефимов А.В.,  Баратова Л.А. 2004. Исследование структуры рибонуклеопротеидов спиральных вирусов растений методами тритиевой планиграфии и теоретического моделирования. Молекулярная биология. 38, 945-958.
4.Zamyatnin, A.A., Jr, Solovyev, A.G., Savenkov, E.I., Germudson, A., Sandgren, M., Valkonen, J.P.T., Morozov, S.Yu. 2004. Transient coexpression of individual genes encoded by the triple gene block of potato mop-top virus reveals requirements for TGBp1 trafficking. Molecular Plant-Microbe Interact. 17, 921-930.
5.Wahlroos T., Susi P., A.Solovyev, Yu. Dorokhov, S.Morozov, J.Atabekov,  Korpela T. 2004. Increase of histidine content in Brassica rapa subbsp., oleifera by overexpression of histidine-rich fusion proteins. Molecular Breeding 14, 455-462.
6.Rakitina D.V., O.L. Kantidze, A.D. Leshiner, A.G. Solovyev, V.K.Novikov, S.Yu. Morozov, N.O.Kalinina.  2005. Coat proteins of two filamentous viruses display NTPase activity in vitro FEBS Letters 579, 4955-4960.
7.Schepetilnikov M.V., Manske U., Solovyev A. G., Zamyatnin A. A., Jr., Schiemann J. and Morozov S.Yu. 2005.The hydrophobic segment of Potato virus X TGBp3 a major determinant of the protein intracellular trafficking. J. Gen. Virol., 86, 2379-2391.
8.Bayne E.H.,Rakitina D.V., Morozov S.Yu., Baulcombe D.C.  2005. Cell-to-cell movement of potato potexvirus X is dependent on suppression of RNA silencing. Plant Journal, 44, 471-482.
9.Lukchovitskaya, N.I., Yelina N.E., Zamyatnin F.F., Jt., Schepetilnikov M.V., Solovyev A.G., Sangren M., Morozov S.Yu., Valkonen J.P.T., Savenkov E.I. 2005. Expression, localization and effect on virulence of the cysteine-rich 8 kDa protein of Potato mop-tpo virus. J.Gen. Virol., 86, 2879-2889.
10.Rakitina D.V., Yelina N.E., Kalinina N.O.  2006. Zinc ions stimulate the cooperative RNA binding of hordeiviral ?b protein. FEBS Letters 580, 5077-5083.
11.Leshchiner A.D., Solovyev A.G.,Morozov S.Yu., Kalinina N.O. 2006. A minimal region in the NTPase/helicase domain of the TGBp1 plant virus movement protien is responsible for ATPase activity and cooperative RNA binding. J.Gen.Virol. 87, 3087-3095.
12.Dorokhov, Y.L.,  Skurat,  E.V.,  Frolova, O.Y., Gasanova, T.V., Ivanov, P.A.,  Ravin N.V., Skryabin K.G., M?kinen,  K.,  Klimyuk V., Gleba Y.Y. and Atabekov, J.G. 2006. Role of the leader sequences in tobacco pectin methylesterase secretion. FEBS Letters 580, 3329-3334.
13.Dorokhov Yu.L., Ivanov P.A.,  Komarova T.V., Skulachev M.V. and Atabekov J. G. 2006. An internal ribosome entry site located upstream of the crTMV coat protein (CP) gene can be used for CP synthesis in vivo. J.Gen. Virol. 87, 2693-2697.
14.Dorokhov, Y.L.,  Frolova, O.Y., Skurat,  E.V., Ivanov, P.A. Gasanova, T.V., Sheveleva  A.S.,  Ravin N.V., M?kinen,  K.,  Klimyuk V.I., Skryabin K.G., Gleba Y.Y. and  Atabekov, J.G. 2006. A novel function for a ubiquitous plant enzyme pectin methylesterase: the enhancer of  RNA silencing. FEBS Letters 580, 3872-3878.
15.Karpova O.V., Zayakina O.V., Arkhipenko M.V., Sheval E.V., Kiselyova O.I., Poljakov V.Yu., Yaminsky I.V., Rodionova N.P. and Atabekov J.G. Potato virus X RNA-mediated assembly of single-tailed ternary 'coat protein-RNA-movement protein' complexes.  Journal of General Virology, 2006, Sep. 87 (Pt 9); 2731-40.
16.Morozov, S.Yu. (2006). Current view on host components involved in plant virus intercellular trafficking. In Virus Diseases and Crop Biosecurity (J. I. Cooper, T. Kuehne and V. P. Polischuk, ed.), Springer: Dordrecht, pp. 107-119.
17.Paape, M., Solovyev, A. G., Erokhina, T. N., Minina, E. A., Schepetilnikov, M.V., Lesemann, D.-E., Schiemann, J., Morozov, S. Yu, and Kellmann, J.-W. (2006) At-4/1, an interactor of the tomato spotted wilt virus movement protein, belongs to a new family of plant proteins capable of directed intra- and intercellular trafficking. Mol Plant-Microbe Interact., 19, 874-883.