ВИРУС ТАБАЧНОЙ МОЗАИКИ: ХАРАКТЕРИСТИКА, СТРУКТУРА, РЕПЛИКАЦИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

Вирус мозаики из нюхательного табака ( ВТМ , английского вируса табачной мозаики) является РНК - вирусом растение , которое вызывает появление коричневых пятен на листьях растений нюхательный и других культур , представляющих экономический интерес , таких как помидоры и других пасленовых.

Его название происходит от рисунка пятен, который он вызывает на зараженных растениях, который описывается как «мозаика». Это первый вирус, который был идентифицирован и описан в природе, события, которые произошли между концом 1800-х и началом 1900-х годов, то есть более века назад.

Электронная микрофотография вируса табачной мозаики (Источник: автор не предоставлен в машиночитаемом формате. Предполагается, что Chb (на основании заявлений об авторских правах). / Общественное достояние, через Wikimedia Commons)

По оценкам, потери табака, вызванные вирусом табачной мозаики, составляют около 1%, поскольку культивируется все больше и больше устойчивых растений. Однако другие культуры, такие как, например, томаты, несут более 20% потерь из-за болезни, вызываемой TMV.

Одна из основных агрономических проблем, связанных с этим вирусом, связана с тем фактом, что он может жить даже тогда, когда растение, на котором он находится, умирает, и, кроме того, он поддерживает высокие температуры, так что его устранение с урожая или с объектов теплица - это довольно сложно.

Тем не менее вирус табачной мозаики оказался очень полезным в качестве:

- Символическая и дидактическая модель для выявления основных характеристик, определяющих вирусы.

- Прототип для исследования биологии растений-хозяев паразитов, особенно табака

- Инструмент для изучения взаимодействий патоген-хозяин и клеточного трафика

- Биотехнологический инструмент для экспрессии белков табака, представляющих фармацевтический интерес.

открытие

С момента своего выявления вирус табачной мозаики сыграл трансцендентную роль в становлении области вирусологии, поскольку это был первый вирус, идентифицированный и описанный в истории.

Все началось в 1879 году, когда немецкий агрохимик Адольф Мейер посвятил себя изучению некоторых болезней, поражающих табак.

Этот ученый продемонстрировал, что болезнь, вызвавшая появление пятен на листьях табака, может передаваться от больного растения к здоровому, просто натирая листья последнего экстрактом первого.

Мейер назвал это «мозаичной болезнью табака» и первоначально предположил, что этиологический агент (тот, который вызывал его) имел бактериальное происхождение, хотя он не мог изолировать его или культивировать экспериментально in vitro.

Структура вируса табачной мозаики. 1) Одноцепочечная РНК, 2) Капсомер или протомер, субъединица белка CP капсида и 3) Структура капсида (Источник: Y_tambe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/) 3.0) через Wikimedia Commons)

Открытие первого вируса

Заслуга в открытии вирусных частиц принадлежит Дмитрию Ивановскому, российскому микробиологу, который исследовал болезнь табачной мозаики между 1887 и 1890 годами и обнаружил, что возбудитель болезни был настолько мал, что мог проходить через крошечные поры. фарфорового фильтра, где бактерии не могли пройти.

В этом случае Ивановский определил, что болезнь вызвана «фильтруемым вирусом», взяв термин «вирус» от латинского слова «яд».

Позднее, в 1895 году, работа Ивановского была подтверждена голландцем Виллемом Бейеринком, который продемонстрировал серийную передачу вируса (от растения к растению) с использованием отфильтрованного сока больных растений.

Работа Бейеринка также послужила доказательством того, что это был не просто химический токсин, а скорее живой агент, способный к самовоспроизведению.

Между 1927 и 1931 годами два ученых из Института Бойса Томпсона в Филадельфии, Винсон и Петри, сконцентрировали вирус путем осаждения, используя методы, используемые для очистки белка.

Позже, в 1935 году, Стэнли очистил вирус и сумел кристаллизовать высокоактивные и заразные игольчатые частицы, что стало беспрецедентным событием, в котором «живое» существо могло появиться в кристаллическом состоянии.

Спустя годы благодаря сотрудничеству и работе многочисленных ученых было определено, что вирус табачной мозаики представляет собой однополосный РНК-вирус с нитевидным внешним видом или морфологией.

характеристики

- Это однополосный РНК-вирус, вирионы или вирусные частицы которого имеют форму палочки.

- Его геном, как и большинство вирусов, защищен белковой оболочкой.

- Относится к семейству Virgaviridae и к роду Tobamovirus.

- Заражает табак, а также некоторые родственные растения, особенно пасленовые (картофель, томаты, баклажаны и т. Д.), Добавляя более 200 возможных хозяев.

- Он чрезвычайно устойчив и может долго оставаться на разных поверхностях.

- В зараженных растениях этот вирус накапливается в очень высоких титрах.

- Симптомы, которые он вызывает у больных растений, заметны и легко распознаются.

Структура

Вирус табачной мозаики, как уже упоминалось, представляет собой одноцепочечный (одноцепочечный) РНК-вирус, вирусные частицы которого имеют палочковидную форму.

Обобщенная схема структуры вируса табачной мозаики, TMV (Источник: TMV_Structure.png: Graham Colm Talk Первоначально загрузил GrahamColm с англоязычной Википедии. Производная работа: Arnaugir / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0) через Wikimedia Commons)

Белковая крышка

Характерная структура каждой вирусной частицы задается белковой оболочкой, образованной правой спиралью субъединиц белка, известного как «белок оболочки».

Эта оболочка содержит примерно 2130 белковых субъединиц, что превращается в вирусную частицу со средним размером 300 нм в длину, диаметром 18 нм и полым центром радиусом 2 нм, при этом геном занимает радиус, близкий к радиусу 4 нм.

Вид сверху белковой оболочки TMV (Источник: авторы Deposition: Stubbs, G., Pattanayek, R., Namba, K.; Автор визуализации: User: Astrojan / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by) /4.0) через Wikimedia Commons)

Геном

Геномная РНК зажата между последовательными витками спирали, составляющей оболочку, присоединяя три своих нуклеотида к каждой субъединице белка и, таким образом, оставаясь полностью покрытой белком.

Этот геном имеет длину 6,395 нуклеотидов и имеет перевернутый 7-метилгуанозиновый «капюшон», прикрепленный к его 5'-концу через трифосфатную связь.

Информация, закодированная в геноме TMV, соответствует 4 генам, кодирующим 4 различных продукта:

- Два белка, связанных с репликацией, один из 126 кДа, а другой из 183 кДа, напрямую транслируемых с вирусной РНК

- Белок движения (MP, от английского Movement Protein) и структурный белок или белок оболочки (CP, от английского Coat Protein), которые переводятся с «субгеномных» РНК.

Успешная инфекция ВТМ включает взаимодействие этих четырех многофункциональных продуктов со многими клеточными компонентами растения-хозяина, особенно с клеточной мембраной и цитоскелетом.

Репликация

Чтобы понять механизм репликации TMV, необходимо понять некоторые аспекты заражения этим вирусом.

Начальная инфекция

TMV попадает в растение только через механические раны, которые временно «открывают» плазматическую мембрану или вызывают явления пиноцитоза.

Заражение может происходить из ран, вызванных прикосновением инфицированных рук, инфицированными инструментами для обрезки и т. Д., Но насекомые передаются редко.

Попав в цитозоль, вирусные частицы разбираются и высвобождают свою геномную РНК, которая распознается клеткой как ее собственная РНК и для этой цели транслируется специальными цитозольными ферментами.

«Капюшон» метилгуанозина геномной РНК TMV имеет первостепенное значение для этого процесса, поскольку ему удается «обходить» систему «наблюдения» клетки и способствовать ее взаимодействию с другими клеточными компонентами.

Количество собранных вирусных частиц быстро увеличивается, и они могут покинуть инфицированную клетку и заразить другие соседние клетки через плазмодесмы, которые представляют собой «каналы», соединяющие цитозоль клетки с цитозолем окружающих ее клеток.

В конце концов, вирусные частицы достигают системы транслокации растения, то есть ксилемы и флоэмы, таким образом рассеиваясь по всему растению.

Как проходит процесс репликации?

Вирус табачной мозаики использует свой геном в качестве матрицы для синтеза отрицательных комплементарных цепей, которые служат в качестве матрицы для синтеза большого числа положительных цепей.

Эти матрицы также используются для синтеза «субгеномных» информационных РНК, которые содержат открытые рамки считывания для белков MP и CP.

Два связанных с репликацией белка, которые кодируются геномной РНК TMV, имеют домены метилтрансферазы, геликазы и РНК-зависимой РНК-полимеразы.

Репликация, по-видимому, происходит в комплексе, связанном с мембраной эндоплазматического ретикулума, который содержит эти белки, белок движения (MP), вирусную РНК и другие белки-хозяева растений.

Симптомы

Симптомы вируса табачной мозаики сильно различаются от одного вида растения к другому. Другими словами, они в значительной степени зависят от типа растения-хозяина и, более того, от штамма вируса, от генетического «фона» растения и от условий окружающей среды, в которых оно встречается.

Фотография листа табачного растения, инфицированного TMV (Источник: набор слайдов RJ Reynolds Tobacco Company / общественное достояние, через Wikimedia Commons)

Симптомы обычно появляются примерно через 10 дней после заражения, а именно:

- Появление коричневых или желтоватых пятен с мозаичной матроной на пластинках листьев

- некроз

- Задержка роста

- Скручиваемость листьев

- пожелтение тканей

- Низкая урожайность при производстве фруктов и даже внешний вид поврежденных и деформированных плодов

- Задержка созревания плодов

- Цвет плодов неоднородный (особенно у томатов)

Ссылки

1. Батлер, PJG (1999). Самосборка вируса табачной мозаики: роль промежуточного агрегата в создании как специфичности, так и скорости. Философские труды Лондонского королевского общества. Серия B: Биологические науки, 354 (1383), 537-550.
2. Лю С. и Нельсон Р.С. (2013). Клеточная биология репликации и движения вируса табачной мозаики. Границы растениеводства, 4, 12.
3. Мфути, П. (2017). Симптомы, передача и лечение вируса табачной мозаики. Farmer's Weekly, 2017 (17014), 60-61.
4. Рифкинд, Д., и Фриман, Г. (2005). Открытия в области инфекционных заболеваний, получившие Нобелевскую премию. Elsevier.
5. Scholthof, KBG (2000). Уроки патологии растений: вирус табачной мозаики. Инстр. Здоровья растений.
6. Scholthof, KBG (2004). Вирус табачной мозаики: модельная система для биологии растений. Annu. Преподобный Phytopathol., 42, 13-34.