Войти
Вирус легкой крапчатости перца 
Вирус курчавости Вирусы растений : вирусы, поражающие растения. Как и все другие вирусы, вирусы растений являются облигатными внутриклеточными паразитами, у которых нет молекулярного механизма для репликации без хозяина. Вирусы растений могут быть патогенными для высших растений.
Большинство вирусов растений имеют палочковидную форму, при этом белковые диски образуют трубку, окружающую вирусный геном ; изометрические частицы представляют собой другую распространенную структуру. У них редко бывает конверт. Подавляющее большинство из них имеют геном РНК, который обычно является малым и одноцепочечным (ss), но некоторые вирусы имеют геномы двухцепочечной (ds) РНК, ssDNA или dsDNA. Хотя вирусы растений не так хорошо изучены, как их аналоги животных, культовым стал один вирус растений: вирус табачной мозаики (TMV), первый обнаруженный вирус. Этот и другие вирусы ежегодно вызывают потерю урожая во всем мире на 60 миллиардов долларов США. Вирусы растений подразделяются на 73 родов и 49 семейств. Однако эти цифры относятся только к культурным растениям, которые составляют лишь небольшую часть от общего числа видов растений. Вирусы в диких растениях изучены сравнительно мало, но взаимодействия между дикими растениями и их вирусами часто не вызывают заболевания у растений-хозяев.
Для передачи от одного растения к другому и от одной клетки растения к во-вторых, вирусы растений должны использовать стратегии, которые обычно отличаются от вирусов животных. Растения не двигаются, поэтому передача от растения к растению обычно происходит через переносчиков (например, насекомых). Растительные клетки окружены твердыми клеточными стенками, поэтому транспорт через плазмодесмы является предпочтительным путем для вирионов перемещаться между растительными клетками. У растений есть специальные механизмы для транспортировки мРНК через плазмодесмы, и предполагается, что эти механизмы используются РНК-вирусами для распространения от одной клетки к другой. Защита растений от вирусной инфекции включают, среди прочего, использование миРНК в ответ на дцРНК. Большинство вирусов растений кодируют белок, подавляющий эту реакцию. Растения также уменьшают транспорт через плазмодесмы в ответ на повреждение.
Открытие растительных вирусов, вызывающих заболевание, часто приписывается А. Майеру (1886), работавшему в Нидерландах, продемонстрировало, что сок мозаики, полученный из листьев табака, при введении вызывает мозаичный симптом. в здоровых растениях. Однако инфекция сока была уничтожена при кипячении. Он думал, что причиной были бактерии. Однако после более крупного заражения большим количеством бактерий у него не развился мозаичный симптом.
В 1898 году Мартинус Бейеринк, который был профессором микробиологии в Техническом университете Нидерландов, выдвинул свою концепцию малых размеров вирусов и определил, что «мозаичная болезнь» остается заразной при передаче через Свеча-фильтр Чемберленда. Это было в отличие от бактерий микроорганизмов, которые задерживались фильтром. Бейеринк называл инфекционный фильтрат «contagium vivum fluidum », что является производным от современного термина «вирус».
После первоначального открытия «вирусной концепции» возникла необходимость классифицировать любые другие известные вирусные заболевания на основе способа передачи, хотя микроскопическое наблюдение оказалось бесплодным.. В 1939 году Холмс опубликовал классификационный список из 129 вирусов растений. Он был расширен, и в 1999 г. насчитывалось 977 официально признанных и несколько предварительных видов вирусов растений.
Очистка (кристаллизация) TMV была впервые проведена Венделлом Стэнли, который опубликовал свои результаты в 1935 году, хотя он не определил, что РНК была инфекционным материалом. Однако в 1946 году он получил Нобелевскую премию по химии. В 1950-х годах открытие, сделанное двумя лабораториями одновременно, доказало, что очищенная РНК ВТМ является заразной, что усилило аргумент. РНК несет генетическую информацию, кодирующую образование новых инфекционных частиц.
В последнее время исследования вирусов были сосредоточены на понимании генетики и молекулярной биологии растительных вирусов геномов с особым интересом в определении того, как вирус может реплицироваться, перемещаться и заражать растения. Понимание генетики вируса и функций белков было использовано для изучения потенциала коммерческого использования биотехнологическими компаниями. В частности, последовательности, полученные из вируса, были использованы для обеспечения понимания новых форм устойчивости. Недавний бум технологий, позволяющих людям манипулировать растительными вирусами, может предоставить новые стратегии для производства белков с добавленной стоимостью в растениях.
Вирусы чрезвычайно малы и их можно наблюдать только под электронным микроскопом. Структура вируса определяется его оболочкой из белков, которые окружают вирусный геном. Сборка вирусных частиц происходит спонтанно.
Более 50% известных вирусов растений имеют палочковидную (гибкую или жесткую). Длина частицы обычно зависит от генома, но обычно она составляет от 300–500 нм при диаметре 15–20 нм. Белковые субъединицы можно разместить по окружности круга, чтобы сформировать диск. В присутствии вирусного генома диски укладываются друг на друга, затем создается пробирка с местом для генома нуклеиновой кислоты посередине.
Второй наиболее распространенной структурой среди вирусов растений является изометрические частицы. Их диаметр составляет 25–50 нм. В случаях, когда имеется только один белок оболочки, основная структура состоит из 60 субъединиц Т, где Т представляет собой целое число. Некоторые вирусы могут иметь 2 белка оболочки, которые связываются с образованием частицы в форме икосаэдра.
Существует три рода Geminiviridae, которые состоят из частиц, похожих на две изометрические частицы, слипшиеся вместе.
Очень небольшое количество вирусов растений помимо белков оболочки имеет липидную оболочку. Это происходит из мембраны растительной клетки, поскольку вирусная частица зачаток отделяется от клетки.
Вирусы могут быть распространение путем прямой передачи сока при контакте поврежденного растения со здоровым. Такой контакт может происходить во время сельскохозяйственных работ, например, в результате повреждения инструментами или руками, или естественным образом, например, когда животное питается растением. Обычно TMV, вирусы картофеля и вирусы мозаики огурца передаются через сока.
Вирусы растений должны передаваться вектором, чаще всего насекомыми, такими как цикадки. Один класс вирусов, Rhabdoviridae, был предложен как фактически вирусы насекомых, которые эволюционировали и размножаются в растениях. Выбранный насекомый-вектор вируса растений часто является определяющим фактором в диапазоне хозяев этого вируса: он может инфицировать только те растения, которыми питается насекомое-переносчик. Частично это было продемонстрировано, когда старый мир white fly добрался до Соединенных Штатов, где он перенес многие вирусы растений в новые хозяева. В зависимости от способа передачи вирусы растений подразделяются на непостоянные, полупостоянные и стойкие. При непостоянной передаче вирусы прикрепляются к дистальному концу стилета насекомого, и на следующем растении, которым оно питается, оно заражает его вирусом. Полупостоянная передача вируса включает проникновение вируса в переднюю кишку насекомого. Те вирусы, которым удается пройти через кишечник в гемолимфу, а затем в слюнные железы, известны как стойкие. Существует два подкласса стойких вирусов: распространяющиеся и циркулирующие. Размножающие вирусы способны реплицироваться как в растении, так и в насекомых (и, возможно, изначально были вирусами насекомых), тогда как циркулирующие - нет. Циркуляционные вирусы внутри тли защищены белком-шапероном, продуцируемым бактериальными симбионтами. Многие вирусы растений кодируют в своем геноме полипептиды с доменами, необходимыми для передачи насекомыми. У непостоянных и полупостоянных вирусов эти домены находятся в белке оболочки и другом белке, известном как вспомогательный компонент. Была предложена соединяющая гипотеза, чтобы объяснить, как эти белки способствуют передаче вируса, опосредованной насекомыми. Компонент-помощник будет связываться со специфическим доменом белка оболочки, а затем с ротовым аппаратом насекомых, создавая мостик. В устойчивых размножающихся вирусах, таких как вирус пятнистого увядания томатов (TSWV), часто существует липидная оболочка, окружающая белки, которая не наблюдается в других классах вирусов растений. В случае TSWV в этой липидной оболочке экспрессируются 2 вирусных белка. Было высказано предположение, что вирусы связываются через эти белки и затем попадают в клетки насекомых посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза.
почвенные нематоды. также может передавать вирусы. Они приобретают и передают их, питаясь зараженными корнями. Вирусы могут передаваться как непостоянно, так и постоянно, но нет никаких доказательств того, что вирусы могут реплицироваться в нематодах. вирионы прикрепляются к стилету (питающему органу) или к кишечнику, когда они питаются инфицированным растением, а затем могут отделяться во время последующего кормления, чтобы заразить другие растения. Примеры вирусов, которые могут передаваться нематодами, включают вирус кольцевой пятнистости табака и вирус табачной погремушки.
. Ряд родов вирусов передается как постоянно, так и непостоянно., переносимыми почвой зооспорическими простейшими. Эти простейшие сами по себе не являются фитопатогенными, а паразитическими. Передача вируса происходит, когда они становятся связанными с корнями растений. Примеры включают Polymyxa graminis, который, как было показано, передает вирусные заболевания растений зерновым культурам и который передает вирус некротической желтой жилки свеклы. Плазмодиофориды также создают раны в корне растения, через которые могут проникнуть другие вирусы.
Передача вируса растений от поколения к поколению происходит примерно у 20% вирусов растений. Когда вирусы передаются семенами, семена заражаются в генеративных клетках, и вирус сохраняется в зародышевых клетках, а иногда, но реже, в семенной оболочке. Когда рост и развитие растений задерживаются из-за таких ситуаций, как неблагоприятная погода, увеличивается количество вирусных инфекций в семенах. Кажется, что нет корреляции между расположением семени на растении и его шансами на заражение. Мало что известно о механизмах передачи вирусов растений через семена, хотя известно, что это зависит от окружающей среды и что передача семян происходит из-за прямого вторжения в зародыш через семяпочку или косвенным путем с атакой на эмбрион опосредуется инфицированными гаметами. Эти процессы могут происходить одновременно или по отдельности в зависимости от растения-хозяина. Неизвестно, каким образом вирус может напрямую вторгаться в эмбрион и пересекать его, а также границу между родительским и дочерним поколениями в яйцеклетке. Многие виды растений могут быть инфицированы через семена, включая, помимо прочего, семейства Leguminosae, Solanaceae, Compositae, Rosaceae, Cucurbitaceae, Gramineae. Вирус мозаики фасоли передается через семена.
Исследователи из Средиземноморского университета в Марселе, Франция обнаружили незначительные доказательства, указывающие на наличие вируса, общего для перца, Pepper Mild Mottle Virus. (PMMoV) мог заразить людей. Это очень редкое и весьма маловероятное событие, поскольку для проникновения в клетку и репликации вирус должен «связываться с рецептором на своей поверхности, и маловероятно, что вирус растения распознает рецептор в клетке человека. что вирус не заражает клетки человека напрямую. Вместо этого «голая» вирусная РНК может изменять функцию клеток посредством механизма, аналогичного РНК-интерференции, при котором присутствие определенных последовательностей РНК может включать и выключать гены », - считает вирусолог Роберт Гарри из Тулейнского университета в Новом Орлеане, штат Луизиана.
Процессинг полипротеинов используется 45% растительных вирусов. Семейства вирусов растений, которые продуцируют полипротеины, их геномы и цветные треугольники, указывающие сайты саморасщепления. 75% вирусов растений имеют геномы, состоящие из одноцепочечной РНК (оцРНК). 65% вирусов растений имеют + оцРНК, что означает, что они имеют ту же смысловую ориентацию, что и информационная РНК, но 10% имеют -ssРНК, что означает, что они должны быть преобразованы в + оцРНК, прежде чем их можно будет транслировать. 5% представляют собой двухцепочечную РНК и поэтому могут быть немедленно переведены как + ssRNA вирусы. 3% требуют фермента обратной транскриптазы для преобразования между РНК и ДНК. 17% вирусов растений представляют собой оцДНК и очень немногие - дцДНК, тогда как четверть вирусов животных являются дцДНК, а три четверти бактериофагов - дцДНК. Вирусы используют растительные рибосомы для производства 4-10 белков, кодируемых их геномом. Однако, поскольку многие белки кодируются на одной цепи (то есть они полицистронные ), это будет означать, что рибосома будет продуцировать только один белок, так как она завершит трансляцию при первой стоп-кодон, или что будет продуцироваться полипротеин . Вирусы растений должны были разработать специальные методы, позволяющие продуцировать вирусные белки растительными клетками.
Для трансляции, эукариот мРНК требуют структуры 5 'Cap. Это значит, что у вирусов тоже должен быть такой. Обычно он состоит из 7MeGpppN, где N обычно аденин или гуанин. Вирусы кодируют белок, обычно репликазу, с активностью метилтрансферазы, позволяющей это сделать.
Некоторые вирусы улавливают ловушки. Во время этого процесса мРНК хозяина с G-кэпом рекрутируется комплексом вирусной транскриптазы и впоследствии расщепляется эндонуклеазой, кодируемой вирусом. Полученная кэпированная лидерная РНК используется для прайминга транскрипции в вирусном геноме.
Однако некоторые вирусы растений не используют кэп, но эффективно транслируются благодаря кэп-независимым энхансерам трансляции, присутствующим в 5 'и 3' нетранслируемых областях вирусная мРНК.
Некоторые вирусы (например, вирус табачной мозаики (TMV)) имеют последовательности РНК, которые содержат «протекающий» стоп-кодон. В TMV в 95% случаев рибосома хозяина прекращает синтез полипептида на этом кодоне, но в остальное время она продолжается и после него. Это означает, что 5% продуцируемых белков больше и отличаются от других, обычно продуцируемых, что является формой регуляции трансляции. В TMV эта дополнительная последовательность полипептида представляет собой РНК-полимеразу, которая реплицирует его геном.
Некоторые вирусы используют производство субгеномных РНК для обеспечения трансляции всех белков в их геномах. В этом процессе первый белок, кодируемый в геноме и транслируемый первым, представляет собой репликазу. Этот белок будет воздействовать на остальную часть генома, продуцируя субгеномные РНК с отрицательной цепью, а затем воздействует на них с образованием субгеномных РНК с положительной цепью, которые по существу являются мРНК, готовыми к трансляции.
Некоторые вирусные семейства, такие как Bromoviridae, вместо этого предпочитают иметь многостраничные геномы, геномы, разделенные между множеством вирусных частиц. Чтобы произошло заражение, растение должно быть инфицировано всеми частицами генома. Например, вирус мозаики брома имеет геном, разделенный между 3 вирусными частицами, и все 3 частицы с разными РНК необходимы для заражения.
Процессинг полипротеина используется 45% растительных вирусов, таких как Potyviridae и Tymoviridae. Рибосома транслирует один белок из вирусного генома. Внутри полипротеина находится фермент (или ферменты) с функцией протеиназы, который способен расщеплять полипротеин на различные отдельные белки или просто отщеплять протеазу, которая затем может расщеплять другие полипептиды, продуцирующие зрелые белки.
Вирусы растений могут использоваться для создания вирусных векторов, инструментов, обычно используемых молекулярными биологами для доставки генетических материал в растительные клетки ; они также являются источниками биоматериалов и нанотехнологических устройств. Знание вирусов растений и их компонентов сыграло важную роль в развитии современной биотехнологии растений. Использование вирусов растений для улучшения красоты декоративных растений можно считать первым зарегистрированным применением вирусов растений. Вирус разрушения тюльпанов известен своим драматическим воздействием на цвет тюльпана околоцветник, эффектом, который пользовался большим спросом во время голландской «тюльпановой мании 17 века. " Вирус табачной мозаики (TMV) и вирус мозаики цветной капусты (CaMV) часто используются в молекулярной биологии растений. Особый интерес представляет промотор CaMV 35S , который является очень сильным промотором, наиболее часто используемым в трансформациях растений . Вирусные векторы на основе вируса табачной мозаики включают векторы, используемые в технологиях экспрессии растений magnICON® и TRBO.
Применение вирусов растений для повышения красоты растений . Семпер Август, известный тем, что был самым дорогим тюльпаном, проданным во время тюльпановой мании. Эффекты вируса распада тюльпанов видны в ярких белых полосах на его красных лепестках. Типичные применения вирусов растений перечислены ниже.
| Использование | Описание | Ссылки |
|---|---|---|
| Улучшение эстетики растений | Повышение красоты и коммерческой ценности декоративных растений | |
| Перекрестная защита | Доставка мягких штаммов вируса для предотвращения заражения их тяжелыми родственниками | |
| Биоконтроль сорняков | Вирусы, вызывающие летальный системный некроз в виде биогербицидов | |
| Биоконтроль вредителей | Усиленная доставка токсинов и пестицидов для насекомых контроль нематод | |
| Каркасы наночастиц | Поверхности вирионов функционализированы и используются для сборки наночастиц | |
| Наноносители | Вирионы используются для транспортировки грузовых соединений | |
| Нанореакторы | Ферменты инкапсулируются в вирионы для создания каскадных реакций | |
| Экспрессия рекомбинантного белка / пептида | Быстрая, временная избыточная продукция рекомбинантного пептида, полипептидных библиотек и белковых комплексов | |
| Функциональные геномные исследования | Целевое подавление гена с использованием VIGS и вирусные векторы miRNA | |
| Целевое редактирование генома посредством временной доставки нуклеаз, специфичных для последовательности | ||
| Инженерия метаболических путей | Перестройка биосинтетических путей для улучшения продукции нативных и чужеродных метаболитов | |
| Индукция цветения | Экспрессия вирусов ЦВЕТОЧНОГО ЛОКУСА T для ускорения индукции цветения и селекции сельскохозяйственных культур | |
| Урожай генная терапия | Использование вирусных векторов в открытом грунте для временного репрограммирования признаков сельскохозяйственных культур в течение одного вегетационного периода |
 | Викицитатник содержит цитаты, связанные с: Вирус растений |
