Viroidok

Viroidok
Másodlagos struktúra PSTVd
Tudományos osztályozás [1]
Csoport:Vírusok [2]Csoport:Viroidok
Nemzetközi tudományos név
Viroidok
családok
Pospiviroidae Avsunviroidae
Szisztematika a Wikifajtáknál Képek a Wikimedia Commons oldalon NCBI   12884 EOL   60605243

A viroidok ( eng.  Viroids ) csak körkörös RNS -ből álló fertőző ágensek . Különféle növényi betegségeket okoznak , köztük a burgonya orsógumóját , a citrusfélék exocortis ét és a krizantém törpét . A tudósok szerint a növényi vírusos betegségek több mint egyharmadát a viroidok okozzák [3] .

A viroidok kovalensen zárt, cirkuláris egyszálú RNS -molekulák (ssRNS), amelyek hossza 246-467 nukleotid [4] (összehasonlításképpen: a legkisebb ismert vírus genomja 2000 nukleotid hosszú [3] ). A vírusoktól eltérően a viroidoknak nincs fehérjeburka ( kapszid ). Normális esetben a viroid cRNS rúd alakú formában létezik a szálon belüli nitrogénbázisok párosítása miatt , ami kétszálú régiókat eredményez egyszálú hurkokkal. Egyes viroidok egy fertőzött sejt sejtmagjában találhatók, ahol a viroid genom 200-100 000 másolata lehet jelen. Más viroidok a kloroplasztiszokban találhatók .

A viroid RNS nem kódol egyetlen fehérjét sem, így a viroidok nem tudnak önmagukban replikálódni . Feltételezhető, hogy erre a célra a gazdasejt DNS - függő RNS-polimerázát használják, egy olyan enzimet , amelyet általában DNS-templáton lévő RNS szintetizálására használnak. Azonban egy viroiddal fertőzött sejtben ez az enzim a viroid RNS-ét használja, nem pedig a gazdasejt DNS-ét, mint templátot az RNS-szintézishez. Ezt az RNS-molekulát, amely komplementer a viroid genommal, templátként használják új viroid RNS-ek szintéziséhez [5] .

A viroiddal fertőzött növény nem mutathat tüneteket . Ugyanaz a viroid azonban súlyos betegséget okozhat egy másik növényfajban. A viroidok patogenitásának alapja még nem tisztázott, de ismert, hogy a viroid RNS bizonyos régiói szükségesek hozzá. Egyes bizonyítékok arra utalnak, hogy a viroidok az eukarióta sejtben az RNS- csillapító mechanizmusok aktiválásával okoznak betegségeket, amelyek általában azért működnek, hogy megvédjék a sejtet az olyan vírusoktól, amelyek genomja kettős szálú RNS (dsRNS). Az RNS-csendesítés során a sejt felismeri a dsRNS-eket és szelektíven elpusztítja azokat. A viroidok megzavarhatják ezt a folyamatot azáltal, hogy komplementer módon ( hibridizálva ) kötődnek specifikus gazdasejt RNS-molekulákhoz. A viroid és sejt RNS-ből hibrid dsRNS-ek képződése kiváltja az RNS elnémítását, amelynek célja a hibrid komplex elpusztítása. Ennek eredményeként a gazdasejt mRNS-e elpusztul, és bizonyos gének elnémulnak . Egy fontos gén expressziójának képtelensége betegséget okoz a gazdanövényben. Vannak azonban javaslatok a viroidok növényi sejtekre gyakorolt ​​egyéb hatásmechanizmusaira vonatkozóan [5] .

A viroidok a replikálódó RNS-tartalmú kórokozók közé tartoznak , amelyek különféle betegségeket okoznak növényekben és állatokban . A viroidokon kívül ilyen kórokozók közé tartoznak a szatellit RNS-ek, a viroidszerű növényi szatellit RNS-ek és a humán delta hepatitis vírus [ 6] .

Történelem

Az 1920-as években New York-i és New Jersey -i farmerek egy ismeretlen betegség tüneteit észlelték a burgonyában . Az érintett növények gumói elvesztették normál formájukat és orsó alakúak lettek, ezért ezt a betegséget burgonya orsógumónak ( PSTVd ) nevezték el [7] . A betegség tünetei azoknál a növényeknél jelentkeztek, amelyek a fertőzött példányok töredékeivel érintkeztek, ezért a betegséget az egyik növényről a másikra átvihető kórokozó okozta. Az érintett növényekben azonban nem találtak szokatlan gombát vagy baktériumot, így arra a következtetésre jutottak, hogy a betegséget vírus okozta. Annak ellenére, hogy számos kísérletet próbáltak izolálni és megtisztítani a vírus orsóburgonya- kivonatból , egyre kifinomultabb módszerekkel, nem sikerült izolálni [8] .

1971-ben Theodor O. Diener kimutatta, hogy ez a fertőző ágens nem vírus, hanem egy teljesen új típusú kórokozó, amely nyolcvanad akkora, mint egy tipikus vírus, és megalkotta a "viroid" [9] (vagyis a "vírus") kifejezést. -like" érte). ). Ezzel párhuzamosan a viroidok jellemzőinek mezőgazdasági vizsgálatai és fizikai, kémiai és makromolekuláris tulajdonságaik vizsgálatát célzó tudományos alapkutatások folytak. 1976-ban Senger és munkatársai bebizonyították, hogy a burgonya orsógumót okozó kórokozó „egyszálú, kovalensen zárt, körkörös RNS-molekula, amely a bázispárosodás következtében sűrű rúdszerű szerkezetet vesz fel”. Ez volt az első leírás a viroidok természetéről [10] .

A viroid RNS-molekula kör alakú és egyszálú szerkezetét elektronmikroszkóppal igazolták [11] , a burgonya orsógumó viroid (PSTVd) teljes genomszekvenciáját pedig 1978-ban Hans Gross ( német  Gross ) határozta meg. és munkatársai [12] . Ez a viroid volt az első eukarióta kórokozó, amelynek teljes molekuláris szerkezetét meghatározták.

Osztályozás

A szekvenciák összehasonlító elemzése és a genomiális RNS-molekula központi konzervált régiójának jelenléte alapján az összes jelenleg ismert viroidot két családra osztják . Jelenleg az avokádó foltos viroid csoportjának (ASBVd) négy tagja ismert , más néven Avsunviroidae vagy A csoport . E család tagjaiban a viroid RNS plusz- és mínusz szálai egyaránt képesek az RNS- multimerekből való önkivonás . Az összes többi jelenleg ismert viroid a burgonya orsógumó viroid (PSTVd) csoportjába tartozik, más néven Pospiviroidae vagy B csoport. Ezeknek a viroidoknak az RNS-e konzervált régióval rendelkezik, és nem képes önkivágásra. A viroid családok és a jellemzett tagok főbb jellemzőit az alábbi táblázat foglalja össze [6] . Érdemes megjegyezni, hogy az alább felsoroltakon kívül más viroidokat is izoláltak, de ezek a Vírusok Taxonómiájának Nemzetközi Bizottsága (ICTV) elismerésére várnak [4] .

A szekvenciaelemzés azt mutatja, hogy a Pospiviroidae család tagjainak RNS- ében 5 domén van : TL (bal terminális), P (patogén), C  (centrális), V (változó) és TR  (jobb terminális). A domének közötti határokat a különböző viroidok közötti szekvencia-homológia mértékének éles változása határozza meg. Korábban úgy gondolták, hogy ezek a domének specifikus funkciókkal rendelkeznek, például a P domén viroid patogenitással jár. Később azonban kiderült, hogy a viroidok patogenitásának hátterében álló okok összetettebbek, és a betegség tüneteinek megnyilvánulása jelenleg különböző, különböző tartományokban elhelyezkedő determinánsokhoz kapcsolódik. Ennek a családnak a tagjait öt nemzetségbe sorolják, főként a C domén erősen konzervált szekvenciáinak jelenléte alapján, részben pedig a szekvenciahomológiák más doménekben való jelenléte alapján [14] .

A viroid csoport taxonómiai státuszát nem határozták meg. A vírusok osztályozásának legfrissebb (2015-ös) kiadása szerint ( a Vírusok Taxonómiájának Nemzetközi Bizottsága szerint ) a viroidcsaládok azon víruscsaládok közé tartoznak, amelyek nem tartoznak egy meghatározott rendbe . 2016-ban javasolták a viroidok bevonását a javasolt Acytota királyságba , amely sejtmentes élő szervezeteket tartalmaz [15] .

Épület

A viroid RNS nagymértékű bázispárosodást mutat az egész molekulában. A Pospiviroidae tagjainak RNS -e rúdszerű szerkezetté hajtódik össze, amelyben a rövid kétszálú régiókat kis egyszálú hurkok választják el egymástól. Bár az avokádófoltviroidról azt gondolják, hogy pálca alakú másodlagos szerkezete is van, az Avsunviroidae család két másik tagja , az őszibarack  látens mozaikviroid és a krizantém klorotikus foltviroid összetettebb másodlagos szerkezettel rendelkezik, és több hajtű nyúlik ki a központi részből. kéreg) rész . A sejten belüli viroidok szerkezete továbbra is tisztázatlan, és lehetséges, hogy a viroid RNS-ek számos alternatív konformációt vesznek fel az életciklus különböző szakaszaiban [16] .

Általánosan elfogadott, hogy a viroid RNS leggyakoribb és leggyakrabban előforduló formája feltételesen pozitív polaritású, komplementer szála pedig negatív polaritású. Az RNS standard polaritásdefiníciója, amelyben a fehérjét kódoló lánc pozitív polaritású, viroidok esetében nem alkalmazható, és az elfogadott polaritásértékeket tetszőlegesen választják meg [16] .

Életciklus

Általános terv

A viroid replikációt a gördülő gyűrűs mechanizmus végzi, amelyben a templátként használt körkörös RNS-en lineáris multimerek szintetizálódnak. A gazdasejt RNS-polimeráza egyszálú lineáris komplementer negatív szálat szintetizál egy pozitív polaritású cirkuláris RNS-en. Mivel az RNS-templáton nincsenek kifejezett terminációs szignálok az RNS-polimeráz számára, a transzkripció több ciklusban is körbe haladhat, ami lineáris multimer RNS képződését eredményezi [16] .

Az Avsunviroidae -ben ezek a multimer RNS-ek további monomer mínusz szálakra vágódnak, amelyek gyűrűvé záródnak. Az ilyen cirkuláris mínusz RNS-ek egy hasonló folyamatot szolgálnak - a multimer lineáris RNS plusz szálak szintézisét, amelyeket monomerekre vágnak, amelyek gyűrűvé záródnak. Egy ilyen ciklus több új leány RNS plusz szálat eredményezhet az eredeti plusz templátból, mivel mind az első, mind a második esetben a templát többször is átírásra kerül. Az ilyen replikációt szimmetrikusnak nevezzük , mivel mind a plusz, mind a mínusz szálak ugyanúgy replikálódnak [16] .

A Pospiviroidae család tagjai hasonló mintázatban replikálódnak, de a transzkripció első körében kialakuló lineáris multimer mínusz láncaikat nem vágják monomerekké, hanem közvetlenül másolódnak lineáris multimer plusz láncokká. Ezeket a plusz-multimereket monomerekre vágják tovább, amelyek sejtenzimek hatására gyűrűvé záródnak, pozitív polaritású, körkörös leánymolekulákat adva. Az ilyen replikációt aszimmetrikusnak nevezzük [16] .

A fent leírt gördülő gyűrűs replikációs ciklus három enzim munkáját igényli:

1. RNS-függő RNS-polimeráz , amely multimer lineáris láncokat szintetizál;
2. RNS-vágó enzim ( endoribonukleáz ), amely a multimer láncokat lineáris monomerekre vágja;
3. RNS - ligáz , amely a lineáris monomereket gyűrűbe zárja [16] .

Polimerizáció

Úgy gondolják, hogy a sejtes DNS-függő RNS-polimeráz II (RNAPII) részt vesz a Pospiviroidae replikációjában , mivel ezeknek a viroidoknak a replikációja blokkolva van alacsony koncentrációban az α-amanitinben , amely ezen enzim ismert inhibitora . Az Avsunviroidae polimerizációjához egy másik enzim részvétele szükséges, mivel azt nem állítja meg az α-amanitin magas koncentrációja. Az RNS-polimeráz II-nek a viroid replikációban való részvételére közvetlen bizonyítékot kaptunk a koimmunoprecipitáció módszerével a viroid TL doménjével együtt , azonban az RNS-polimeráz II egyes alegységeinek szerepe ebben a folyamatban továbbra is tisztázandó. megállapított [4] . Valószínűleg ez a különbség különböző sejtkompartmentekhez köthető, amelyekben e két csoport viroidjai lokalizálódnak: a Pospiviroidae család viroidjai a sejtmagban, míg az Avsunviroidae a gazdasejt citoplazmájában  található kloroplasztiszokban találhatók . A kloroplaszt RNS polimeráz az α-amanitinnel szembeni rezisztenciáját tekintve hasonló a bakteriális RNS polimerázhoz, így lehetséges, hogy a viroidok a kloroplasztiszokban replikálódnak a kloroplaszt RNS polimeráz segítségével [17] .

A sejtes RNS-polimerázok jellemzően csak a kétszálú DNS-templátokat írják át RNS-vé. Nem világos, hogy a viroidok hogyan toborozzák ezeket az RNS-polimerázokat, és hogyan kényszerítik őket arra, hogy egyszálú RNS-genomjukat templátként használják a komplementer RNS-szintézishez. 2011-ben mind az Avsunviroidae , mind a Pospiviroidae esetében azonosították a replikációs origót , így ez segíthet a gazdasejt RNS polimerázok viroidok általi toborzási mechanizmusának meghatározásában [17] .

Vágás

Az Avsunviroidae családba tartozó viroidok fehérjék hiányában in vitro lineáris monomerekre vághatják lineáris multimer RNS- eiket. Az ilyen önmagában lévő RNS -molekulák általi vágást önvágónak, az önvágásra képes RNS-molekulákat ribozimeknek nevezzük , mivel fehérjék hiányában is képesek enzimaktivitást kifejteni [17] .

Az Avsunviroidae RNS-ben az önvágást egy kalapácsfejű szerkezet (a hasonlóságáról kapta a nevét) valósítja meg, amely az RNS nukleotidjait megkötő specifikus foszfodiészter kötésnél okozza a törést . Más önmetsző RNS-struktúrákat is azonosítottak a szatellit viroidszerű RNS-ekben ( hajtűk ) és a hepatitis D vírusban (delta szerkezet). Mindezek a struktúrák az RNS-molekulában máshol lévő bázisokkal párosulva felbomlanak. Kimutatták, hogy ezek a struktúrák képesek multimerekből monomereket képezni mind in vitro , mind in vivo . Az önvágás egy nukleofil támadáson keresztül történik, amelyet a nukleotid 2' - hidroxilcsoportja hajt végre a szakadási helyen. Ennek eredményeként a törés egyik oldalán 2',3'-ciklusos foszfát , a másik oldalon szabad 5'-hidroxil képződik [17] .

Nem ismert, hogy a Pospiviroidae multimer plusz szálait hogyan vágják monomerekké : nem találták, hogy képesek lennének önmetszeni. Felmerült, hogy sejtenzimek használhatók erre a célra [18] . Közelebbről úgy gondolják, hogy a multimer az RNáz III -mal plusz-monomerekre vágható . 2015-ben kimutatták a Dicer -like protein 4 (DCL4), egy ismert, RNáz III aktivitású növényi fehérje hatását a burgonya orsógumó vírus felhalmozódására a dohányban, Nicotiana benthamiana [4] .

Ligation

Az őszibarack látens mozaikviroidban (az Avsunviroidae család tagja, a kloroplasztiszokban lokalizálódik) a gazdasejtfehérjék bevonása nélkül is létrejöhet a ligáció . Kimutatták, hogy a multimer molekulák kalapácsfej-szerkezeten keresztül történő önmetszéséből származó lineáris monomerek in vitro képesek önligálódni , 3'→5'-foszfodiészter kötéseket képezve. Emiatt feltételezhető, hogy az Avsunviroidae családba tartozó viroidoknak csak a gazdasejt RNS polimerázára van szükségük a replikációhoz, mivel fehérjék segítsége nélkül képesek önmetszésre és önligációra [18] .

Ezzel szemben a Pospiviroidae viroidok gazdasejt enzimeket igényelnek az életciklus minden szakaszában: polimerizáció, vágás és ligálás. Kimutatták, hogy a búza csíranövény RNS-ligáza, amely részt vesz a tRNS intronok összeillesztésében , képes gyűrűbe zárni a burgonya orsógumó viroid lineáris monomereit. Ez az enzim, amely 3'→5'-foszfodiészter kötéseket képez, a sejtmagban lokalizálódik, ami logikus jelöltté teszi a Pospiviroidae -ban RNS-ligálást végző enzim szerepére [18] . Kiderült azonban, hogy még egy RNáz is képes e viroid monomerjeit gyűrűbe zárni in vitro körülmények között . Egy másik lehetséges jelölt a ligáló enzim szerepére a viroid életciklusában a DNS-ligáz 1; lehetséges, hogy ebben az esetben ismét megtörténik a DNS-sel dolgozó enzim RNS-re váltása [4] .

Patogenitás

A fertőzés módjai és tünetei

A viroidok átvitelének legvalószínűbb módja a mechanikai sérülés útján történő átvitel. Ez a átviteli mechanizmus széles körben elterjedt a növényi kórokozók körében. A fertőző kórokozó a fertőzött növényekkel való közvetlen érintkezés, szennyezett kerti szerszámok, magvak , pollen vagy rovarterjesztők ( levéltetvek vagy poszméhek , de ez az átviteli mód kétségesnek tűnik) révén jut be a nem fertőzött növénybe. Feltételezhető, hogy a burgonya orsóviroidja a burgonya levélsodródás vírusával ( a Luteoviridae család Polerovirus nemzetsége ) együtt terjed. Ebben az esetben a viroid egy víruskapszidba zárható, így a viroidot tartalmazó vírusrészecske képződik. Ez nagymértékben megkönnyíti a viroid terjedését, és megnehezíti terjedésének ellenőrzését [4] .

Egy új növényben a viroidok elkezdenek szaporodni és szaporodni, és a sejtközi hidakon ( plazmodezmák ) keresztül más sejtekbe költöznek. A viroid fertőzések során számos tünet figyelhető meg, amelyek mind az egész növényt, mind az egyes szerveket érinthetik: levelek , gyümölcsök , virágok , gyökerek , tárolószervek. Ilyen tünetek a levelek elszíneződése, törpeség, narancssárga foltok megjelenése, fokozott termésképződés, melyből csak kevés érik stb. [ 18] Gazdaként lágyszárú és fás szárú növények , zöldség- és dísznövények lehetnek . Egyes növények a viroidok tünetmentes hordozójaként szolgálhatnak. Például a burgonya orsógumó viroid főként a Solanaceae, Norichnikovye (Scrophulariaceae ) és Asteraceae ( Asteraceae ) családba tartozó dísznövényekben fordul elő, amelyeknél nem okoz tüneteket, de a paradicsomban és a burgonyában súlyos betegséget okoz. Elképzelhető, hogy a viroid tünetmentes gazdákhoz való adaptációja kis változásokat okozott szekvenciájában vagy szerkezetében, ami jelentősen növelte a tünetek súlyosságát [4] .

A patogenitás alapjai

Rendkívül egyszerű szerkezetük ellenére a viroidok által okozott növényi betegségek ugyanolyan változatosak, mint a növényi vírusok által okozott betegségek. Mivel a viroidok nem kódolnak fehérjéket, a növényre gyakorolt ​​hatásuk a viroid RNS és a gazdasejt tartalma közötti közvetlen kölcsönhatás eredménye. A Pospiviroidae család különböző súlyosságú patogenitású viroidjaiból konstruált molekuláris kimérák elemzése azt mutatta, hogy a betegség tüneteinek súlyossága az öt viroid RNS domén közül hármat érintő komplex kölcsönhatásoktól függ. A patogenitási (P) domén nukleotidszekvenciájának változása megváltoztathatja a viroid fertőzőképességét és a tünetek súlyosságát. Például egyes mutációk , amelyek fokozzák a bázispárosodást ebben a tartományban, csökkentik a tünetek súlyosságát [18] .

Továbbra is tisztázatlan az a molekuláris mechanizmus, amellyel a viroidok betegségeket okoznak a növényekben. Feltételezték, hogy a viroid első célpontjai mind a nukleinsavak , mind a gazdasejt fehérjéi. Egyes viroidok genomja olyan régiókat tartalmaz, amelyek komplementerek bizonyos sejtes RNS-ekkel. Ebben a tekintetben feltételezzük, hogy a betegség ezen sejt-RNS-ek funkcióinak gátlása vagy a viroid RNS által irányított levágása miatt kezdődik (például kalapácsfejű szerkezetű transz -vágás). Például a burgonya orsóviroid RNS-ének egy részének szekvenciája hasonlóságot mutat az emlős U1 RNS szekvenciájával (ez az RNS részt vesz a splicingben), és néhány viroid komplementeren párosulhat a 7S rRNS -sel . Nehéz azonban megmagyarázni, hogy néhány nukleotid változása hogyan változtathat egy erősen patogén viroidot gyengévé, mivel ezek a változások általában nem azokon a helyeken találhatók, amelyeknek sejt RNS-ekkel hibridizálódniuk kellene [18] .

A viroidok patogenitása molekuláris szintű mimikri eredménye is lehet . A nukleotidok szerkezetének vagy szekvenciájának sajátosságai miatt a viroid RNS helyettesíthet néhány sejt RNS-t. Így homológiát találtak a burgonya orsógumó viroid és az I. csoportba tartozó intronok , valamint az RNS splicingben szerepet játszó U3B RNS között. Ezért a viroid RNS-ek megzavarhatják a splicinget azáltal, hogy a funkcionális sejt RNS-eket helyettesítik a splicing komplexekben [18] .

Az RNS interferencia is szerepet játszhat a viroid patogenezisben . A növények RNS-csendesítő mechanizmusokat használnak a vírusfertőzések elleni védekezésre. A sejtenzimek felismerik az idegen kettős szálú RNS-eket vagy egyszálú, fejlett térszerkezetű RNS-eket, és apró, 21-26 nukleotid hosszúságú interferáló RNS -ekre (siRNS-ekre) darabolják. A fertőzött növényekben a viroid RNS régióival azonos kisméretű RNS-eket azonosítottak, és kimutatták, hogy ezek az siRNS-ek a sejtenzimek munkájának eredményeként jöttek létre a vírus behatolása után. A viroid fertőzés tüneteinek kialakulását a sejtes célgének aktiválódása vagy leszabályozása okozhatja az siRNS hatására, de specifikus célgéneket ez idáig nem azonosítottak [19] .

Másrészt lehetséges, hogy vannak olyan gazdasejtfehérjék, amelyek felismerik és kölcsönhatásba lépnek a különböző viroid struktúrákkal. Az emlős kettős szálú RNS-függő protein kinázt (PKR) a burgonya orsógumó viroid aktiválja, és másodlagos szerkezete hasonlít a kettős szálú RNS-ére. Összefüggést mutattak ki ennek az enzimnek az aktiválási szintje és a betegség tüneteinek súlyossága között a növényben. Az aktivált PKR foszforilálja az eukarióta fehérjeszintézis iniciációs faktor ( eIF2 ) alfa alegységét, ami gátolja a fehérjeszintézist a sejtben. A növényi homológ PKR aktiválása viroid patogenezist válthat ki , mivel emlőssejtekben a PKR aktivitást interferonok indukálják, és a kettős szálú RNS aktiválja [18] .

A viroid fertőzés kialakulása más gazdasejtfehérjéktől is függhet. A sejtfehérjék és a viroidok kölcsönhatása rendkívül összetett, mivel a viroidok magas mutációs rátája jelentős hatással lehet genomi szekvenciájukra és/vagy szerkezetükre. 2003-ban felfedeztek egy 65 kDa -os brómdomént tartalmazó fehérjét (VIRP1/BRP1), amely RNS-kötő doménnel és feltételezett nukleáris lokalizációs jellel (NLS) rendelkezik. Ez a fehérje kölcsönhatásba léphet a burgonya orsó-gumó viroid (PSTVd) és kisebb mértékben a komlóstunt viroid (HSVd) TR doménjével . Kimutatták, hogy a N. benthamiana és N. tabacum dohánynövényekben , amelyekben a VIRP1 expressziója elnyomott, fertőzés nem alakult ki PSTVd-ből és citrus exocortis viroidból (CEVd). Ezek az adatok, valamint a fehérje nukleáris lokalizációja a viroid sejtmagba való eljuttatásában lehetséges szerepére utalnak. Egy másik érdekes példa a viroid és a gazdasejt fehérjéi közötti kölcsönhatásra egy nagyon sok floemfehérjével való kölcsönhatás, amely RNS-kötő domént, PP2-t, egy 49 kDa -os lektint tartalmaz. Ez a fehérje kölcsönhatásba lép különféle RNS-molekulákkal, beleértve a HSVd-t (mind in vitro , mind in vivo ); feltételezik, hogy részt vesz a viroidok nagy távolságra történő mozgásában. Egy nemrégiben felfedezett, erősen strukturált 30 kDa-os fehérje, az Nt-4/1 befolyásolhatja a PSTVd ​​felhalmozódását és transzlokációját. Meg kell jegyezni, hogy a viroidok közvetlen kölcsönhatása olyan fehérjékkel, mint a hisztonok , a TFIIA és az eIF1A, magában foglalja a viroidokat a kromatin szabályozásában , a transzkripcióban és a gazdasejtfehérjék transzlációjában [4] .

2016-ban kimutatták, hogy a komlóstunt viroid (HSVd) az rRNS gének demetilációját okozza az uborkalevél sejtekben , ami fokozott rRNS-termelést okoz. A tünetek nemcsak a sporofiton , hanem a gametofiton szerkezetében is megnyilvánulnak [20] .

Az alábbi táblázat röviden felsorolja a viroidok és a gazdasejt fehérjék közötti kölcsönhatásáról rendelkezésre álló adatokat [4] .

Keresztvédelem

A keresztvédelem jelensége ugyanazon viroid különböző törzsei vagy nagyon hasonló genomi szekvenciájú viroidok között fordul elő. Az egyik viroiddal fertőzött növény megakadályozza, hogy egy másik viroid szaporodjon és betegséget okozzon. Ez hasonló a vírusinterferenciához, amikor egy vírus jelenléte egy sejtben gátolja egy másik vírus replikációját. A keresztvédelem mechanizmusa viroidokban nem ismert. Az egyik hipotézis szerint korlátozott gazdasejt-faktor szükséges a replikációhoz, a sejt-sejt transzporthoz és a felhalmozódáshoz. A viroid RNS-ek eltérő affinitása ehhez a viroidhoz meghatározhatja, hogy a sejtbe egy időben belépő viroidok közül melyik lesz a túlsúlyban; emellett a viroid RNS kölcsönhatása ezzel a faktorral meghatározhatja a patogenitását [21] .

Diagnosztika

A viroidokkal fertőzött növények gyors (két-három napon belüli) azonosítására használt első módszer a poliakrilamid gélelektroforézis (PAGE) volt . Mivel ez az egyetlen diagnosztikai módszer, amely nem igényli a viroid genom szekvenciájának ismeretét, denaturáló körülmények között a PAGE továbbra is a fő módszer az új viroidok azonosítására. Az 1980-as évek eleje óta a hibridizációs pont-blotokat aktívan használták rutin azonosításra , amely fokozatosan felváltotta a PAGE-t. Körülbelül 10 évvel később a reverz transzkripciós polimeráz láncreakciót elkezdték használni a viroidok kezelésére [22] [23] .

Néhány viroidszerű ágens

Növényi viroidszerű szatellit RNS-ek

A növényi szatellit-RNS-ek kicsi, egyszálú RNS-ek, amelyek replikációja és kapszid-kapszidizációja egy helper vírustól függ, de szekvenciahasonlóságuk alig vagy egyáltalán nincs. Ráadásul a szatellit RNS-ekre nincs szükség a segítő vírus replikációjához, és legtöbbjük nem kódol semmilyen fehérjét. A szatellit RNS-ek lehetnek lineárisak vagy körkörösek. A viroidokhoz hasonlóan a szatellit RNS-ek is magas bázispáros szerkezettel rendelkeznek. A viroidoktól eltérően kapszidot tartalmaznak, ezért hatékonyabban továbbíthatók növényről növényre. Ezenkívül az Avsunviroidae-hoz hasonlóan minden viroidszerű , körkörös növényi szatellit RNS-nek van hajtű- és kalapácsfej-struktúrája, amelyek katalizálják a multimer RNS-ek monomerekké történő hasadását a gördülő gyűrűs replikáció során [21] .

Számos RNS-tartalmú növényi vírus támogatja a szatellit RNS-replikációt, feltehetően azáltal, hogy saját RNS-függő RNS-polimerázt biztosít a szatellit RNS-replikációhoz, és kapszidfehérjéket a szatellit-RNS-kapszidképzéshez. A szatellit RNS-ek jelenléte befolyásolhatja a megfelelő helper vírus replikációját, és módosíthatja az általa okozott betegség tüneteit. A meglévő hasonlóságok alapján a viroidok és a viroidszerű szatilitikus RNS-ek közös őstől származnak [21] .

Hepatitis delta vírus

A Hepatitis delta vírus (HDV) egy egyedülálló humán kórokozó, amely számos közös tulajdonsággal rendelkezik a növényi viroidokkal és a viroidszerű szatellit-RNS-ekkel. Feltételezték, hogy a HDV egy primitív viroidszerű RNS-ből fejlődött ki sejtes transzkriptum felvétel útján. Ez a vérrel terjedő kórokozó a májban szaporodik , és gyakran okoz fulmináns hepatitist főemlősökben és más emlősökben. A hepatitis delta vírus a májrák kialakulásával is összefüggésbe hozható . Csak hepatitis B vírus jelenlétében található meg, és a hepatitis B vírus burkolófehérjét (S - antigén ) használja RNS-genomjának csomagolására. Mivel a hepatitis delta vírus csomagolásához vírusfehérje szükséges, a hepatitis B vírus szatellit RNS-ének tekintik. Világszerte több mint 15 millió ember fertőződött meg ezzel a kórokozóval, így a hepatitis delta vírus okozta hepatitis komoly népegészségügyi probléma [21] ] .

Retrozymes

A retrozimek kisméretű, nem autonóm retrotranszpozonok csoportja, amelyek a növényi genomokban oszlanak el, és egy kalapácsfejű ribozimet tartalmaznak. A retrozim egy önkivonó RNS-molekula, amely két hosszú, körülbelül 300 bp hosszúságú ismétlődő terminális régiót tartalmaz, amelyek mindegyike egy-egy kalapácsfejű ribozimot tartalmaz. Ők felelősek az önvágás képességéért, közvetítve egy 600-1000 bp hosszúságú RNS-molekula kimetszését, amely nem kódol fehérjéket. A retrozimek aktívan átíródnak, így számos lineáris és cirkuláris RNS-molekula jön létre, amelyek eltérő módon halmozódnak fel a különböző növényi szövetekben és a fejlődés különböző szakaszaiban. A retrozimek szekvenciái rendkívül változatosak, és nem mutatnak más homológiát, mint az összes retrotranszpozonra jellemző ribozimek és terminális ismétlődések jelenléte. A retrozimek különböző polaritású RNS-t eredményeznek, ami megerősíti a gördülő gyűrűs RNS-replikáció jelenlétét, például a viroidokban. A retrozimek funkciója a növényi genomokban nem ismert [24] .

A viroidok és az RNS-világ hipotézise

Diener 1989-ben azt javasolta, hogy a viroidok egyedi tulajdonságai miatt jobban hasonlítanak egy feltételezett pre -celluláris RNS-világ "élő kövületeihez", mint az intronokhoz vagy más RNS -ekhez [25] . Ebben az esetben a viroidok a növényi virológián kívül az evolúcióbiológia szempontjából is fontosak , mivel tulajdonságaik miatt a többi modern RNS-hez képest jobban hasonlítanak azokhoz az RNS-ekhez, amelyek kulcsfontosságú lépést jelentettek az élettelen anyagból az élő anyagba való átmenetben. abiogenezis ) . A viroidok tulajdonságai a következők:

1. A viroidok nagyon kicsik, ami megkönnyíti a replikációt;
2. A viroid RNS magas guanint (G) és citozint (C) tartalmaz, ami növeli stabilitásukat és replikációs pontosságukat;
3. gyűrűszerkezet, amely lehetővé teszi, hogy a replikáció teljes mértékben végbemenjen címkeszekvenciák hiányában;
4. A szerkezetben a periodicitás megléte, amely lehetővé teszi, hogy moduláris egységként nagyobb genomokká álljanak össze;
5. A viroidok nem kódolnak fehérjéket, ami lehetővé teszi számukra, hogy riboszómák nélküli környezetben létezzenek ;
6. Egyes viroidokban a ribozimek, az RNS-világ jellegzetes elemei vesznek részt a replikációban.

Diener hipotézise 2014-ig feledésbe merült, amikor is Flores és munkatársai áttekintésükben közzétették ennek a hipotézisnek a fent felsorolt ​​igazolásait [26] .

Jelentése

Azáltal, hogy betegségeket okoznak a gazdaságilag fontos terményekben és dísznövényekben, a viroidok jelentős hatást gyakorolnak a globális mezőgazdaságra. Napjainkig a viroid betegségek minden kontinensen gyakoriak, ahol a gazdanövénytől és a helyi növény-egészségügyi intézkedésektől függően eltérő jelentőséggel bírnak. 2014-ben az Európai-Mediterrán Növényvédelmi Szervezet a Pospiviroidae családból három viroidfajt sorolt ​​fel a karantént igénylő növényi kórokozók közé: a kókuszpálma kadang-kadanga viroidot, a krizantém törpe viroidot és a burgonya orsógumó viroidot. Egy másik faj, a paradicsom apikális törpe viroid szerepel a komoly aggodalomra okot adó kórokozók listáján [4] .

Jelenleg a viroidokat az RNS és a DNS-genomok közötti evolúciós kapcsolatok tanulmányozására használják. Ideális biológiai molekulák az RNS-molekulák szerkezete és funkciói közötti összefüggések tanulmányozására is [27] . A Chrysanthemum dwarfism viroid felhasználható viroid betegségek modellezésére, tanulmányozásuk és védekezési módszerek kidolgozása céljából. Az agrobaktériumok segítségével gyorsan és egyszerűen bejuttatható a krizantém levélsejtekbe [28] . A burgonya orsógumó viroidot általában a Pospiviroidae családba tartozó viroidok modellkísérleti rendszereként használják , a tünetmentes látens padlizsán viroid pedig talán a legalkalmasabb az Avsunviroidae család viroidjainak tanulmányozására [29] .

Jegyzetek

1. ↑ 1998- tól a Viroids nem egy érvényes taxon az ICTV alatt , de a szubvirális részecskék egy csoportjának általános neveként használja [ A Vírusok Nemzetközi Osztályozási és Nómenklatúrájának 3.26. és 3.27. pontja  (angolul) ].
2. ↑ Vírusok taxonómiája a Vírusok  Taxonómiájának Nemzetközi Bizottsága (ICTV) honlapján .
3. ↑ 1 2 Pommerville, Jeffrey C. A mikrobiológia alapjai  (határozatlan) . – Burlington, MA: Jones és Bartlett tanulás, 2014. - S.  482 . — ISBN 978-1-284-03968-9 .
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Katsarou K. , Rao AL , Tsagris M. , Kalantidis K. Fertőző hosszú, nem kódoló RNS-ek.  (angol)  // Biochimie. - 2015. - doi : 10.1016/j.biochi.2015.05.005 . — PMID 25986218 .
5. ↑ 1 2 Willey et al., 2009 , p. 105-106.
6. ↑ 12 Acheson , 2011 , p. 379.
7. ↑ Potato Spindle Tuber  // Növényegészségügyi oktató. - 2009. - ISSN 1935-9411 . - doi : 10.1094/PHI-I-2009-0804-01 .
8. ↑ ARS Research Timeline – Tracking the Elusive Viroid (2006. március 2.). Letöltve: 2007. július 18. Az eredetiből archiválva : 2007. július 6.. (határozatlan)
9. ↑ Diener TO Potato orsógumó "vírus". IV. Replikálódó, kis molekulatömegű RNS.  (angol)  // Virológia. - 1971. - 1. évf. 45, sz. 2 . - P. 411-428. — PMID 5095900 .
10. ↑ Sanger HL , Klotz G. , Riesner D. , Gross HJ , Kleinschmidt AK A viroidok egyszálú kovalensen zárt körkörös RNS-molekulák, amelyek erősen bázispáros rúdszerű struktúrákként léteznek.  (angol)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1976. - 1. évf. 73. sz. 11 . - P. 3852-3856. — PMID 1069269 .
11. ↑ Sogo JM , Koller T. , Diener TO Potato orsógumó viroid. X. Vizualizálás és méretmeghatározás elektronmikroszkóppal.  (angol)  // Virológia. - 1973. - 1. évf. 55, sz. 1 . - P. 70-80. — PMID 4728831 .
12. ↑ Gross HJ , Domdey H. , Lossow C. , Jank P. , Raba M. , Alberty H. , Sänger HL Potato spindle tuber viroid nukleotidszekvenciája és másodlagos szerkezete.  (angol)  // Természet. - 1978. - 1. évf. 273. sz. 5659 . - P. 203-208. — PMID 643081 .
13. ↑ Di Serio F. , Flores R. , Verhoeven J. Th. J. , Li S.-F. , Pallás V. , Randles JW , Sano T. , Vidalakis G. , Owens RA Current status of viroid taxonomy  // Archives of Virology. - 2014. - szeptember 13. ( 159. évf. , 12. sz.). - S. 3467-3478 . — ISSN 0304-8608 . - doi : 10.1007/s00705-014-2200-6 .
14. ↑ Acheson, 2011 , p. 379-380.
15. ↑ Trifonov EN , Kejnovsky E. Acytota - az elhanyagolt élet társult királysága.  (angol)  // Journal of Biomolecular structure & dynamics. - 2016. - Kt. 34, sz. 8 . - P. 1641-1648. - doi : 10.1080/07391102.2015.1086959 . — PMID 26305806 .
16. ↑ 1 2 3 4 5 6 Acheson, 2011 , p. 380.
17. ↑ 1 2 3 4 Acheson, 2011 , p. 381.
18. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Acheson, 2011 , p. 382.
19. ↑ Acheson, 2011 , p. 382-383.
20. ↑ Castellano M. , Martinez G. , Marques MC , Moreno-Romero J. , Köhler C. , Pallas V. , Gomez G. Változások viroid-fertőzött uborkanövények gazda hím gametofitájának DNS-metilációs mintázatában.  (angol)  // Journal of experimental botany. - 2016. - doi : 10.1093/jxb/erw353 . — PMID 27697787 .
21. ↑ 1 2 3 4 Acheson, 2011 , p. 383.
22. ↑ Owens RA , Sano T. , Duran-Vila N. Növényi viroidok: izolálás, jellemzés/detektálás és elemzés.  (angol)  // Molekuláris biológiai módszerek (Clifton, NJ). - 2012. - Kt. 894.-P. 253-271. - doi : 10.1007/978-1-61779-882-5_17 . — PMID 22678585 .
23. ↑ R. A. Mumford, K. Walsh és N. Boonham. A viroidok rutin kimutatására szolgáló molekuláris módszerek összehasonlítása .
24. ↑ Cervera A. , Urbina D. , de la Peña M. A retrozimek nem autonóm retrotranszpozonok egyedülálló családja kalapácsfejű ribozimekkel, amelyek körkörös RNS-eken keresztül szaporodnak a növényekben.  (angol)  // Genombiológia. - 2016. - Kt. 17. sz. 1 . - P. 135. - doi : 10.1186/s13059-016-1002-4 . — PMID 27339130 .
25. ↑ Diener TO Circular RNS-ek: a precelluláris evolúció emlékei?  (angol)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1989. - 1. évf. 86, sz. 23 . - P. 9370-9374. — PMID 2480600 .
26. ↑ Flores R. , Gago-Zachert S. , Serra P. , Sanjuán R. , Elena SF Viroidok: túlélők az RNS-világból?  (angol)  // Annual Review of Microbiology. - 2014. - Kt. 68. - P. 395-414. - doi : 10.1146/annurev-micro-091313-103416 . — PMID 25002087 .
27. ↑ Acheson, 2011 , p. 385.
28. ↑ Nabeshima T. , Doi M. , Hosokawa M. Krizantém (Chrysanthemum morifolium) növények Agrobacterium által közvetített beoltása krizantém stunt viroiddal.  (angol)  // Virológiai módszerek folyóirata. - 2016. - Kt. 234. - P. 169-173. - doi : 10.1016/j.jviromet.2016.05.001 . — PMID 27155239 .
29. ↑ Daròs JA Padlizsán látens viroid: barátságos kísérleti rendszer az Avsunviroidae családban.  (angol)  // Molekuláris növénypatológia. - 2016. - Kt. 17. sz. 8 . - P. 1170-1177. - doi : 10.1111/mpp.12358 . — PMID 26696449 .

Irodalom

• Nicholas H. Acheson. A molekuláris virológia alapjai . - 2. kiadás .. - WILEY (John Wiley & Sons, Inc.), 2011. - P.  379 -383. — 528 p. - ISBN 978-0-470-90059-8 .
• Joanne M. Willey, Linda M. Sherwood, Christopher J. Woolverton. Prescott mikrobiológiai alapelvei . — 1. kiadás. - McGraw-Hill Felsőoktatás, 2009. - P.  105-106 . — 968 p. - ISBN 978-0-07-337523-6 .

Szótárak és enciklopédiák	Nagy katalán Britannica (online) Universalis
Taxonómia	EOL NCBI
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4188394-9 J9U : 987007541295405171 LCCN : sh85143797 NDL : 00576103 NKC : ph656352