ВИРУС НА ТЮТЮНЕВАТА МОЗАЙКА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, РЕПЛИКАЦИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

На вируса на мозайката на енфие (TMV, на английски мозаечен вирус по тютюна) е РНК вирус растение, което води до появата на кафяви петна по листата на растенията емфие и други култури от икономически интерес, като домати и други Solanaceae.

Името му произлиза от модела на петна, който причинява при заразени растения, който се описва като "мозайка". Това е първият вирус, който е идентифициран и описан в природата, събития, които са се случили между края на 1800-те и началото на 1900-те години, тоест преди повече от век.

Електронна микрография на тютюневата мозаечна вирус (Източник: Не е предоставен машинно четим автор. Предполага се, че е въз основа на твърдения за авторски права) / обществено достояние, чрез Wikimedia Commons)

Счита се, че загубите на тютюн, причинени от вируса на тютюневата мозайка, са около 1%, тъй като се култивират все повече и по-устойчиви растения. Въпреки това, други култури като домати, например, търпят загуби над 20% поради болестта, причинена от TMV.

Един от основните агрономически проблеми, свързани с този вирус, е свързан с факта, че той може да живее дори когато умира растението, което го домакинства, и в допълнение, че издържа на високи температури, поради което елиминирането му от култура или от съоръженията на оранжерия е доста предизвикателна.

Въпреки това вирусът на тютюневата мозайка се оказа много полезен като:

- Символичен и дидактически модел за разкриване на основните характеристики, които определят вирусите

- Прототип за изследване на биологията на растенията гостоприемници, особено тютюн

- Инструмент за проучване на взаимодействието патоген-гостоприемник и трафика на клетки

- Биотехнологичен инструмент за експресия на протеини от фармацевтичен интерес към тютюна.

откритие

След идентифицирането си вирусът на тютюневата мозайка имаше трансцендентална роля за създаването на областта на вирусологията, тъй като беше първият вирус, идентифициран и описан в историята.

Всичко започва през 1879 г., когато немският селскостопански химик Адолф Майер се посвещава на изучаването на някои болести, които засягат тютюна.

Този учен демонстрира, че заболяване, причиняващо появата на петна по тютюневите листа, може да се пренесе от болно растение към здраво, само чрез триене на листата на последното с екстракт от първото.

Майер нарече това „мозаечна болест на тютюна“ и първоначално предположи, че етиологичният агент (този, който го произвежда) е от бактериален произход, въпреки че той не може да го изолира или да го култивира експериментално in vitro.

Структура на вируса на тютюневата мозайка. 1) Едноверижна РНК, 2) Капсомер или протомер, субединица на капсидния CP протеин и 3) Капсидна структура (Източник: Y_tambe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/ 3.0) чрез Wikimedia Commons)

Откриване на първия вирус

Заслугата за откриването на вирусни частици е на Дмитрий Ивановски, руски микробиолог, който изследва болестта на тютюневата мозайка между 1887 и 1890 г., като открива, че причинителят на болестта е толкова малък, че може да премине през малките пори на порцеланов филтър, където бактериите не могат да преминат.

С това събитие Ивановски определи, че болестта се дължи на "филтрируем вирус", като понятието "вирус" е от латинската дума за "отрова".

Произведенията на Ивановски по-късно са потвърдени през 1895 г. от холандеца Вилем Бейеринк, който демонстрира серийното предаване на вируса (от растение на растение), използвайки филтрирания сок от болни растения.

Работата на Beijerinck също послужи за доказване, че това не е просто химичен токсин, а по-скоро жив агент, способен на самовъзпроизвеждане.

Между 1927 и 1931 г. двама учени от института Бойс Томпсън във Филаделфия, Винсън и Петри концентрират вируса чрез утаяване, използвайки методите, използвани за пречистване на протеини.

По-късно, през 1935 г., Стенли пречиства вируса и успява да кристализира високо активни и инфекциозни частици с игла, белязайки безпрецедентно събитие, при което „живо“ образувание може да се появи в кристално състояние.

Години по-късно, с сътрудничеството и работата на многобройни учени, беше установено, че вирусът на тютюневата мозайка е еднолентов РНК вирус, с филаментен вид или морфология.

характеристики

- Това е еднодиапазонен РНК вирус, чиито вириони или вирусни частици имат пръчковидна форма

- Геномът му, както и повечето вируси, е защитен от протеинова обвивка

- Принадлежи към семейство Virgaviridae и към рода Tobamovirus

- Той заразява тютюневи растения, а също и някои свързани растения, особено нощници (картофи, домати, патладжан и др.), Добавяйки повече от 200 възможни домакини

- Той е изключително стабилен и може да се задържи на различни повърхности за дълго време

- В заразените растения този вирус се натрупва в значително високи титри

- Симптомите, които причинява при болни растения, са забележими и лесни за идентифициране

структура

Вирусът на тютюневата мозайка, както беше споменато, е едноверижен (едноверижен) РНК вирус, чиито вирусни частици имат пръчковидна форма.

Обобщена схема на структурата на вируса на тютюневата мозайка, TMV (Източник: TMV_Structure.png: Graham Colm Talk. Оригиналният качител беше GrahamColm от английската Wikipedia. Производна работа: Arnaugir / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0) чрез Wikimedia Commons)

Протеинов капак

Характерната структура на всяка вирусна частица се дава от протеинова обвивка, образувана от дясна спирала от субединици на протеин, известен като "протеин на козината".

Тази обвивка има приблизително 2130 протеинови субединици, което се превръща във вирусна частица със среден размер с дължина 300 nm, диаметър 18 nm и кух център в радиус 2 nm, където геномът заема радиус близо до 4 nm.

Изглед отгоре на протеиновото покритие на TMV (Източник: Автори на отлагане: Stubbs, G., Pattanayek, R., Namba, K.; автора на визуализацията: Потребител: Astrojan / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by /4.0) през Wikimedia Commons)

Genome

Геномната РНК е затворена между последователните завои на спиралата, които съставляват обвивката, като присъединява три нейни нуклеотида към всяка протеинова субединица и по този начин остава напълно покрита с протеин.

Този геном е дълъг 6 395 нуклеотида и има обърнат 7-метил-гуанозин "качулка", прикрепен към неговия 5 'край чрез трифосфатна връзка.

Информацията, кодирана в TMV генома, съответства на 4 гена, кодиращи 4 различни продукта:

- Два протеина, свързани с репликация, единият от 126 kDa, а другият от 183 kDa, директно преведен от РНК на вируса

- Двигател за движение (MP, от английския Movement Protein) и структурен или покривен протеин (CP, от английския Coat Protein), които се превеждат от „субгеномични“ РНК

Успешната инфекция с TMV включва сътрудничеството на тези четири многофункционални продукта с много от клетъчните компоненти на растението гостоприемник, особено с клетъчната мембрана и цитоскелета.

копиране

За да се разбере механизмът на репликация на TMV е необходимо да се разберат някои аспекти на инфекцията с този вирус.

Първоначална инфекция

TMV навлиза в растение само чрез механични рани, които временно "отварят" плазмената мембрана или причиняват пиноцитоза.

Инфекцията може да възникне от рани, причинени от боравене със заразени ръце и чрез заразени инструменти за подрязване и др., Но рядко се предава от насекоми.

Веднъж попаднали в цитозола, вирусните частици разглобяват и освобождават своята геномна РНК, която се разпознава от клетката като собствена РНК и се превежда от специализирани цитозолни ензими за тази цел.

Метил гуанозинът „качулка“ на TMV геномната РНК е от изключително значение за този процес, тъй като той успява да „заобиколи“ системата за „наблюдение“ на клетката и да насърчи взаимодействието си с други клетъчни компоненти.

Броят на събраните вирусни частици се увеличава бързо и те могат да напуснат заразената клетка и да заразят други съседни клетки чрез плазмодесмати, които са "канали", които свързват цитозола на клетка с този на клетките, които я заобикалят.

В крайна сметка вирусните частици достигат до транслокационната система на растението, тоест ксилема и флоемата, като по този начин се разпръскват из растението.

Как протича процесът на репликация?

Вирусът на тютюневата мозайка използва своя геном като шаблон за синтезиране на отрицателни комплементарни нишки, които служат като шаблон за синтеза на голям брой положителни нишки.

Тези шаблони се използват и за синтеза на "субгеномични" месинджър РНК, които съдържат отворените рамки за четене на MP и CP протеините.

Двата протеина, свързани с репликацията, които са кодирани в TMV геномна РНК, имат метил трансфераза, хеликаза и РНК-зависими домени на РНК полимераза.

Изглежда, че репликацията се осъществява в комплекс, свързан с мембраната на ендоплазмения ретикулум, който съдържа тези протеини, протеина за движение (MP), вирусната РНК и други растителни гостоприемни протеини.

Симптоми

Симптомите на вируса на тютюневата мозайка варират значително в различните видове растения. С други думи, те зависят значително от вида на растението гостоприемник и освен това от щама на вируса, от генетичния "произход" на растението и от условията на околната среда, където то е открито.

Снимка на листа на тютюнево растение, заразено с TMV (Източник: RJ Reynolds Tobacco Company Slide Set / Public domain, via Wikimedia Commons)

Симптомите обикновено се появяват около 10 дни след първоначалната инфекция и това са:

- Поява на кафяви или жълтеникави петна с мозаечна матрона върху листните остриета

- Некроза

- Зашеметен растеж

- Лист къдря

- Пожълтяване на тъканите

- Нисък добив при производството на плодове и равномерна поява на повредени и деформирани плодове

- Забавяне в зреенето на плодовете

- Цветът на плодовете не е равномерен (особено при домата)

Препратки

1. Бътлър, PJG (1999). Самосглобяване на тютюнев мозаечен вирус: ролята на междинен агрегат за генериране както на специфичност, така и на скорост. Философски сделки на Кралското общество в Лондон. Серия В: Биологични науки, 354 (1383), 537-550.
2. Liu, C., & Nelson, RS (2013). Клетъчната биология на репликацията и движението на тютюневата мозайка. Граници в науката за растенията, 4, 12.
3. Мфути, П. (2017). Симптоми, предаване и управление на тютюневата мозайка. Селскостопанският седмичник, 2017 (17014), 60-61.
4. Rifkind, D., & Freeman, G. (2005). Нобеловата награда открива открития в инфекциозни заболявания. Elsevier.
5. Scholthof, KBG (2000). Уроци в патологията на растенията: тютюнев мозаечен вирус. Растително здраве
6. Scholthof, KBG (2004). Вирусът на тютюневата мозайка: моделна система за растителна биология. Annu. Преподобен фитопатол., 42, 13-34.