Viroider

Viroider
Sekundær struktur PSTVd
Videnskabelig klassifikation [1]
Gruppe:Virus [2]Gruppe:Viroider
Internationalt videnskabeligt navn
Viroider
familier
Pospiviroidae Avsunviroidae
Systematik hos Wikispecies Billeder på Wikimedia Commons NCBI   12884 EOL   60605243

Viroider ( eng.  Viroids ) er infektiøse agenser, der kun består af cirkulært RNA . De forårsager forskellige plantesygdomme , herunder kartoffelspindelknold , citrus exocortis krysantemumdværgvækst . Ifølge videnskabsmænd er mere end en tredjedel af plantevirussygdomme forårsaget af viroider [3] .

Viroider er kovalent lukkede cirkulære enkeltstrengede RNA -molekyler (ssRNA) med en længde på 246 til 467 nukleotider [4] (til sammenligning: genomet af det mindst kendte virus er 2000 nukleotider langt [3] ). I modsætning til vira mangler viroider en proteinkappe ( kapsid ). Normalt eksisterer viroid cRNA i en stavformet form på grund af parringen af ​​nitrogenholdige baser i strengen, hvilket resulterer i dobbeltstrengede regioner med enkeltstrengede løkker. Nogle viroider findes i nukleolus af en inficeret celle , hvor 200 til 100.000 kopier af viroidgenomet kan være til stede. Andre viroider er lokaliseret i kloroplaster .

Viroid RNA koder ikke for nogen proteiner, så viroider kan ikke replikere på egen hånd. Det antages, at de til disse formål bruger værtscellens DNA - afhængige RNA-polymerase , et enzym , der normalt bruges til at syntetisere RNA på en DNA-skabelon. I en celle, der er inficeret med en viroid, bruger dette enzym imidlertid viroidens RNA og ikke værtscellens DNA som skabelon for RNA-syntese. Dette RNA-molekyle, som er komplementært til viroid-genomet, bruges som skabelon for syntesen af ​​nye viroid-RNA'er [5] .

En plante inficeret med en viroid viser muligvis ingen symptomer . Den samme viroid kan dog forårsage alvorlig sygdom hos en anden planteart. Grundlaget for patogenicitet af viroider er endnu ikke blevet bestemt, men det er kendt, at visse regioner af viroid RNA er nødvendige for det. Nogle beviser tyder på, at viroider forårsager sygdom ved at aktivere RNA- dæmpningsmekanismerne i den eukaryote celle, som normalt arbejder for at beskytte cellen mod vira, hvis genom er dobbeltstrenget RNA (dsRNA). Ved RNA-silencing genkender cellen dsRNA'er og ødelægger dem selektivt. Viroider kan interferere med denne proces ved at binde komplementært ( hybridisering ) til specifikke værtscelle-RNA-molekyler. Dannelsen af ​​hybride dsRNA'er fra viroid- og celle-RNA udløser RNA-silencing med det formål at ødelægge hybridkomplekset. Som et resultat ødelægges værtscellens mRNA, og visse gener dæmpes . Manglende evne til at udtrykke et vigtigt gen forårsager sygdom i værtsplanten. Der er dog forslag om andre virkningsmekanismer af viroider på planteceller [5] .

Viroider er blandt de replikerende RNA-holdige patogener , der forårsager forskellige sygdomme hos planter og dyr . Ud over viroider omfatter sådanne patogener satellit-RNA'er, viroid-lignende plantesatellit-RNA'er og det humane delta-hepatitisvirus [ 6] .

Historie

I 1920'erne bemærkede bønder i New York og New Jersey symptomer på en ukendt sygdom i kartofler . Knolde af angrebne planter mistede deres normale form og blev spindelformede, hvorfor denne sygdom blev kaldt kartoffelspindelknold ( PSTVd ) [7] . Symptomer på sygdommen dukkede op i planter, der kom i kontakt med fragmenter af inficerede prøver, derfor var sygdommen forårsaget af et middel, der kunne overføres fra en plante til en anden. Der blev dog ikke fundet usædvanlige svampe eller bakterier i de angrebne planter, så man konkluderede, at sygdommen var forårsaget af en virus. På trods af talrige forsøg på at isolere og rense denne virus fra spindelkartoffelekstrakt ved hjælp af stadig mere sofistikerede metoder, har det ikke været muligt at isolere det [8] .

I 1971 viste Theodor O. Diener , at dette infektiøse agens ikke var en virus, men en helt ny type patogen, en firsindstyvendedel af størrelsen af ​​en typisk virus, og opfandt udtrykket "viroid" [9] (det vil sige "virus" -like" for det). ). Parallelt hermed blev der udført landbrugsundersøgelser af viroiders egenskaber og grundlæggende videnskabelig forskning med det formål at studere deres fysiske, kemiske og makromolekylære egenskaber. I 1976 beviste Senger og kollegaer, at patogenet, der forårsager kartoffelsknold, er et "enkeltstrenget, kovalent lukket, cirkulært RNA-molekyle, på grund af baseparring, der får en tæt stavlignende struktur." Dette var den første beskrivelse af viroidernes natur [10] .

Den cirkulære form og enkeltstrengede struktur af viroid-RNA-molekylet blev bekræftet ved elektronmikroskopi [11] , og den komplette genomsekvens af kartoffelspindel-knoldviroiden (PSTVd) blev bestemt i 1978 af Hans Gross ( German  Gross ) og kolleger [12] . Dette viroid var det første eukaryote patogen, for hvilket en komplet molekylær struktur blev bestemt.

Klassifikation

Baseret på en sammenlignende analyse af sekvenser og tilstedeværelsen af ​​en central konserveret region i det genomiske RNA-molekyle, er alle kendte viroider opdelt i to familier . Der kendes i øjeblikket fire medlemmer af avocadoplet viroid -gruppen (ASBVd), også kendt som Avsunviroidae eller gruppe A. I medlemmer af denne familie er både plus- - og minus-strenge af viroid-RNA'et i stand til at selv-ekstrahere fra RNA- multimerer . Alle andre viroider, der i øjeblikket er kendt, tilhører gruppen af ​​kartoffelspindelknoldviroider (PSTVd), også kendt som Pospiviroidae eller gruppe B. RNA'et af disse viroider har en konserveret region og er ude af stand til selvudskæring. Hovedtræk ved viroide familier og karakteriserede medlemmer er opsummeret i tabellen nedenfor [6] . Det er værd at bemærke, at ud over dem, der er anført nedenfor, er andre viroider blevet isoleret, men de afventer anerkendelse af International Committee on the Taxonomy of Viruses (ICTV) [4] .

Sekvensanalyse viser, at RNA'et fra medlemmer af Pospiviroidae- familien har 5 domæner : TL (venstre terminal), P  (patogen), C (central), V (variabel) og TR  (højre terminal). Grænserne mellem disse domæner er defineret af en skarp ændring i graden af ​​sekvenshomologi mellem forskellige viroider. Tidligere mente man, at disse domæner havde specifikke funktioner, for eksempel er P-domænet forbundet med viroid patogenicitet. Senere viste det sig imidlertid, at årsagerne til patogeniciteten af ​​viroider er mere komplekse, og manifestationen af ​​symptomer på sygdommen er i øjeblikket forbundet med forskellige determinanter placeret i forskellige domæner. Medlemmer af denne familie er klassificeret i fem slægter hovedsageligt baseret på tilstedeværelsen af ​​stærkt konserverede sekvenser i C-domænet og delvist på basis af tilstedeværelsen af ​​sekvenshomologier i andre domæner [14] .

Den taksonomiske status for viroidgruppen er ikke blevet bestemt. Ifølge den seneste udgivelse (2015) af klassificeringen af ​​vira (ifølge den internationale komité for taksonomi af vira ) betragtes familier af viroider blandt familierne af vira, der ikke tilhører en bestemt rækkefølge . I 2016 blev det foreslået at inkludere viroider i det foreslåede kongerige Acytota , der indeholder cellefrie levende organismer [15] .

Bygning

Viroid RNA udviser en høj grad af baseparring gennem hele molekylet. RNA'et fra medlemmer af Pospiviroidae foldes til en stavlignende struktur, hvor korte dobbeltstrengede områder er adskilt af små enkeltstrengede løkker. Selvom avocadopletviroidet også menes at have en stavformet sekundær struktur , har to andre medlemmer af Avsunviroidae- familien, den fersken  latente mosaikviroid og chrysanthemum chlorotic pletviroiden, mere komplekse sekundære strukturer med flere hårnåle , der strækker sig fra det centrale ( bark) del . Strukturen af ​​viroider i cellen forbliver uklar, og det er muligt, at viroid RNA'er vedtager flere alternative konformationer på forskellige stadier af livscyklussen [16] .

Det er generelt accepteret, at den mest almindelige og hyppigst forekommende form for viroid RNA betinget har en positiv polaritet, og dens komplementære streng har en negativ polaritet. Standarddefinitionen af ​​polaritet for RNA, hvor kæden, der koder for proteinet, har positiv polaritet, er ikke anvendelig i tilfælde af viroider, og de accepterede polaritetsværdier er valgt vilkårligt [16] .

Livscyklus

Overordnet plan

Viroid-replikation udføres af den rullende ringmekanisme , hvor lineære multimerer syntetiseres på det cirkulære RNA, der bruges som skabelon. Værtscellens RNA-polymerase syntetiserer en enkeltstrenget lineær komplementær negativ streng på et cirkulært RNA med positiv polaritet. Da der ikke er nogen udtalte termineringssignaler for RNA-polymerase på RNA-skabelonen, kan transkription gå i en cirkel i flere cyklusser, hvilket resulterer i dannelsen af ​​lineært multimert RNA [16] .

I Avsunviroidae skæres disse multimere RNA'er yderligere i separate monomere minusstrenge , som lukkes til en ring. Sådanne cirkulære minus-RNA'er tjener yderligere til en lignende proces - syntesen af ​​multimert lineært RNA plus strenge, som skæres i monomerer, der lukker ind i en ring. En sådan cyklus kan give anledning til flere nye datter-RNA-plus-strenge fra den oprindelige plus-template, da skabelonen i både det første og det andet tilfælde transskriberes mere end én gang. En sådan replikation kaldes symmetrisk , fordi både plus- og minusstrenge replikeres på samme måde [16] .

Medlemmer af familien Pospiviroidae replikerer i et lignende mønster, men deres lineære multimere minuskæder, som dannes i den første runde af transskription, skæres ikke i monomerer, men kopieres direkte til lineære multimere pluskæder. Disse plus-multimere skæres yderligere i monomerer, som lukkes til en ring ved påvirkning af celleenzymer, hvilket giver datter cirkulære molekyler med positiv polaritet. En sådan replikation kaldes asymmetrisk [16] .

Den rullende ringreplikationscyklus beskrevet ovenfor kræver arbejdet af tre enzymer:

1. RNA-afhængig RNA-polymerase , som syntetiserer multimere lineære kæder;
2. RNA-skærende enzym ( endoribonuklease ), som skærer multimere kæder i lineære monomerer;
3. RNA- ligase , som lukker lineære monomerer i en ring [16] .

Polymerisation

Den cellulære DNA-afhængige RNA-polymerase II (RNAPII) menes at være involveret i replikationen af ​​Pospiviroidae , da replikationen af ​​disse viroider blokeres ved lave koncentrationer af α-amanitin , en kendt hæmmer af dette enzym. Polymerisering i Avsunviroidae kræver deltagelse af et andet enzym, da det ikke stoppes af høje koncentrationer af α-amanitin. Direkte beviser for involvering af RNA-polymerase II i viroid-replikation blev opnået ved anvendelse af metoden til co- immunpræcipitation sammen med TL-domænet af viroidet , men rollen for hver af underenhederne af RNA-polymerase II i denne proces mangler at være etableret [4] . Muligvis er denne forskel forbundet med forskellige cellulære rum, hvor viroiderne i disse to grupper er lokaliseret: viroider af Pospiviroidae- familien er placeret i cellekernen, mens Avsunviroidae  er placeret i kloroplasterne i værtscellens cytoplasma . Kloroplast-RNA-polymerase ligner bakteriel RNA-polymerase med hensyn til resistens over for α-amanitin, så det er muligt, at viroider replikerer i kloroplaster ved hjælp af kloroplast-RNA-polymerase [17] .

Cellulære RNA-polymeraser transskriberer typisk kun dobbeltstrengede DNA-skabeloner til RNA. Det er uklart, hvordan viroider rekrutterer disse RNA-polymeraser og tvinger dem til at bruge deres enkeltstrengede RNA-genomer som skabelon for komplementær RNA-syntese. I 2011 blev replikationsstarterne identificeret for både Avsunviroidae og Pospiviroidae , så dette kan hjælpe med at etablere mekanismen for rekruttering af værtscelle-RNA-polymeraser af viroider [17] .

Skæring

Viroider af Avsunviroidae- familien kan skære deres lineære multimere RNA'er til lineære monomerer in vitro i fravær af proteiner. Sådan skæring af et RNA-molekyle i sig selv kaldes selvskærende , og RNA-molekyler, der er i stand til selvskæring, kaldes ribozymer , da de er i stand til at udvise enzymatisk aktivitet i fravær af proteiner [17] .

Selvskæring i Avsunviroidae RNA opnås af en hammerhovedstruktur (opkaldt efter dens lighed), som får bruddet til at ske ved en specifik phosphodiesterbinding, der binder nukleotiderne i RNA'et. Andre selvskærende RNA-strukturer er også blevet identificeret i satellitviroidlignende RNA'er ( hårnåle ) og hepatitis D-virus (deltastruktur). Alle disse strukturer brydes ved at parre sig med baser andre steder i RNA-molekylet. Det er blevet vist, at disse strukturer er i stand til at danne monomerer fra multimerer både in vitro og in vivo . Selvskæring sker gennem et nukleofilt angreb udført af nukleotidets 2'-hydroxyl lokaliseret ved brudstedet. Som følge heraf dannes 2',3'-cyklisk fosfat på den ene side af bruddet , og fri 5'-hydroxyl dannes på den anden side [17] .

Det vides ikke, hvordan de multimere plus-strenge af Pospiviroidae skæres til monomerer : de har ikke vist sig at være i stand til at selvskære. Det er blevet foreslået, at cellulære enzymer kan bruges til dette formål [18] . Det antages især, at multimeren kan skæres til plusmonomerer af RNase III . I 2015 blev effekten af ​​Dicer -lignende protein 4 (DCL4), et kendt planteprotein med RNase III-aktivitet, på akkumulering af kartoffelspindel-knoldvirus i tobak Nicotiana benthamiana [4] vist .

Ligering

Ligering i den fersken latente mosaikviroid (et medlem af Avsunviroidae- familien , lokaliseret i kloroplaster) kan forekomme uden involvering af værtscelleproteiner. Det er blevet vist, at de lineære monomerer, der er et resultat af selvskæring af multimere molekyler gennem hammerhovedstrukturen, er i stand til selvligering in vitro , og danner 3'→5'-phosphodiesterbindinger. Af denne grund antages det, at viroider af Avsunviroidae- familien kun kræver værtscellens RNA-polymerase til replikation, da de er i stand til selvskæring og selvligering uden hjælp fra proteiner [18] .

I modsætning hertil kræver Pospiviroidae viroider værtscelleenzymer til at udføre alle stadier af livscyklussen: polymerisation, skæring og ligering. Det er blevet vist, at RNA-ligase fra hvedefrøplanter, involveret i splejsningen af ​​tRNA - introner , kan lukke de lineære monomerer af kartoffelspindel-knoldviroid ind i en ring. Dette enzym, som danner 3'→5'-phosphodiesterbindinger, er lokaliseret i kernen, hvilket gør det til en logisk kandidat til rollen som enzymet, der udfører RNA-ligering i Pospiviroidae [18] . Det viste sig imidlertid, at selv en RNase er i stand til at lukke monomererne af denne viroid ind i en ring under in vitro -betingelser . En anden mulig kandidat til rollen som et ligerende enzym i den viroide livscyklus er DNA-ligase 1; det er muligt, at i dette tilfælde sker omstillingen af ​​enzymet, der arbejder med DNA, til RNA igen [4] .

Patogenicitet

Infektionsmåder og symptomer

Den mest sandsynlige form for overførsel af viroider er transmission gennem mekanisk skade. Denne transmissionsmekanisme er udbredt blandt plantepatogener. Smitstoffet trænger ind i en uinficeret plante gennem direkte kontakt med en inficeret plante, ved hjælp af forurenede haveredskaber, gennem frø , pollen eller gennem insektvektorer ( bladlus eller humlebier , men denne transmissionsmetode virker tvivlsom). Kartoffelspindelviroid er også mistænkt for at blive overført sammen med kartoffelbladrullevirus (slægten Polerovirus af familien Luteoviridae ). I dette tilfælde kan viroidet være indesluttet i et viralt kapsid, således at en viral partikel, der indeholder viroidet indeni, dannes. Dette letter i høj grad spredningen af ​​viroiden og komplicerer kontrollen med spredningen [4] .

En gang i en ny plante begynder viroider at replikere og formere sig og flytter til andre celler gennem intercellulære broer ( plasmodesmata ). Med viroide infektioner observeres en række symptomer, der kan påvirke både hele planten som helhed og individuelle organer: blade , frugter , blomster , rødder , opbevaringsorganer. Sådanne symptomer omfatter misfarvning af bladene, dværgvækst, udseendet af orange pletter, øget frugtdannelse, hvoraf kun få modner, osv. [ 18] Værter kan være urteagtige og træagtige planter , grøntsagsplanter og prydplanter . Nogle planter kan tjene som asymptomatiske bærere af viroider. For eksempel findes kartoffelspindelknoldviroid hovedsageligt i prydplanter af familierne Solanaceae, Norichnikovye (Scrophulariaceae ) og Asteraceae ( Asteraceae ) , hvor den ikke giver symptomer, men den forårsager en alvorlig sygdom hos tomater og kartofler . Det er muligt, at tilpasningen af ​​viroidet til asymptomatiske værter forårsagede små ændringer i dets sekvens eller struktur, hvilket signifikant øgede symptomernes sværhedsgrad [4] .

Fundamentals of patogenicitet

På trods af deres ekstreme enkelhed i struktur er plantesygdomme forårsaget af viroider lige så forskellige som dem, der forårsages af plantevirus. Da viroider ikke koder for proteiner, må deres virkning på planten være resultatet af en direkte interaktion mellem viroid-RNA'et og indholdet af værtscellen. En analyse af molekylære kimærer konstrueret fra viroider af Pospiviroidae- familien med forskellig sværhedsgrad af patogenicitet viste, at sværhedsgraden af ​​sygdomssymptomer afhænger af komplekse interaktioner, der involverer tre af de fem viroide RNA-domæner. Ændringer i nukleotidsekvensen i patogenicitetsdomænet (P) kan ændre viroidets infektivitet og sværhedsgraden af ​​symptomer. For eksempel reducerer nogle mutationer , der forbedrer baseparring i dette domæne, sværhedsgraden af ​​symptomer [18] .

Den molekylære mekanisme, hvorved viroider forårsager sygdom i planter, er stadig uklar. Det er blevet foreslået, at de første mål for viroidet både er nukleinsyrer og proteiner i værtscellen. Genomerne af nogle viroider indeholder områder, der er komplementære til noget cellulært RNA. I denne henseende antages det, at sygdommen begynder på grund af inhibering af funktionerne af disse cellulære RNA'er eller deres udskæring, styret af viroid-RNA'et (for eksempel transskæring med en hammerhovedstruktur). For eksempel har sekvensen af ​​en del af RNA'et fra kartoffelspindelviroidet ligheder med sekvensen af ​​pattedyrs U1 RNA (dette RNA er involveret i splejsning), og nogle viroider kan komplementært parre sig med 7S rRNA . Det er dog vanskeligt at forklare, hvordan en ændring i nogle få nukleotider kan gøre et højpatogent viroid til et svagt, da disse ændringer normalt ikke er placeret på de steder, der formodes at hybridisere med cellulære RNA'er [18] .

Viroiders patogenicitet kan også være resultatet af mimik på molekylært niveau. På grund af de særlige kendetegn ved strukturen eller sekvensen af ​​nukleotider kan viroid RNA erstatte noget cellulært RNA. Der blev således fundet homologier mellem kartoffelspindelknoldviroid og gruppe I- introner , såvel som U3B-RNA involveret i RNA-splejsning. Derfor kan viroid RNA'er interferere med splejsning ved at erstatte funktionelle cellulære RNA'er i splejsningskomplekser [18] .

RNA-interferens kan også være involveret i viroid patogenese . Planter bruger RNA-dæmpningsmekanismer til at beskytte mod virusinfektioner. Cellenzymer kan genkende fremmede dobbeltstrengede RNA'er eller enkeltstrengede RNA'er med en udviklet rumlig struktur og skære dem i små interfererende RNA'er (siRNA'er) 21-26 nukleotider lange. I inficerede planter blev små RNA'er identisk med områder af viroid RNA identificeret, og det blev vist, at disse siRNA'er blev dannet som et resultat af celleenzymers arbejde efter viruspenetrering. Udviklingen af ​​symptomer på en viroid infektion kan skyldes aktivering eller nedregulering af cellulære målgener under virkningen af ​​siRNA, men ingen specifikke målgener er hidtil blevet identificeret [19] .

På den anden side er det muligt, at der er værtscelleproteiner, der genkender og interagerer med forskellige viroide strukturer. Den pattedyrs dobbeltstrengede RNA-afhængige proteinkinase (PKR) aktiveres af potato spindle tuber viroid, og dens sekundære struktur ligner den for dobbeltstrenget RNA. Der blev vist en sammenhæng mellem niveauet af aktivering af dette enzym og sværhedsgraden af ​​sygdomssymptomer i planten. Aktiveret PKR phosphorylerer alfa-underenheden af ​​den eukaryote proteinsyntese-initieringsfaktor ( eIF2 ), hvilket resulterer i inhibering af proteinsyntese i cellen. Aktivering af plantehomologen PKR kan udløse viroid patogenese , da PKR-aktivitet i pattedyrceller induceres af interferoner og aktiveres af dobbeltstrenget RNA [18] .

Udviklingen af ​​en viroid infektion kan også afhænge af andre værtscelleproteiner. Interaktionen mellem celleproteiner og viroider er ekstremt kompleks, fordi den høje mutationshastighed af viroider kan have en signifikant effekt på deres genomiske sekvens og/eller struktur. I 2003 blev et 65 kDa bromodæneholdigt protein (VIRP1/BRP1) opdaget, der har et RNA-bindende domæne og et formodet nuklear lokaliseringssignal (NLS). Dette protein kan interagere med TR-domænet af potato spindle tuber viroid ( PSTVd ) og, i mindre grad, hop stunt viroid (HSVd). Det blev vist, at i tobaksplanter N. benthamiana og N. tabacum , hvor ekspressionen af ​​VIRP1 var undertrykt, udviklede der sig ikke infektion fra PSTVd ​​og citrus exocortis viroid (CEVd). Disse data, såvel som den nukleare lokalisering af proteinet, antyder dets mulige rolle i leveringen af ​​viroidet til kernen. Et andet interessant eksempel på interaktionen af ​​et viroid med værtscelleproteiner er interaktionen med et meget talrigt floemprotein , der indeholder et RNA-bindende domæne, PP2, et 49 kDa lectin . Dette protein interagerer med forskellige RNA-molekyler, herunder HSVd (både in vitro og in vivo ); det antages, at det er involveret i bevægelsen af ​​viroider over lange afstande. Et nyligt opdaget meget struktureret 30 kDa-protein, Nt-4/1, kan påvirke akkumuleringen og translokationen af ​​PSTVd. Det skal bemærkes, at den direkte interaktion af viroider med proteiner såsom histoner , TFIIA og eIF1A involverer viroider i reguleringen af ​​kromatin , transkription og translation af værtscelleproteiner [4] .

I 2016 blev hop stunt viroid ( HSVd ) vist at forårsage demethylering af rRNA-gener i agurkbladceller , hvilket forårsager øget rRNA-produktion. Symptomer manifesteres ikke kun i sporofyttens struktur , men også i gametofytten [20] .

Tabellen nedenfor viser kort de tilgængelige data om viroiders interaktion med værtscelleproteiner [4] .

Krydsbeskyttelse

Fænomenet krydsbeskyttelse forekommer mellem forskellige stammer af det samme viroid eller viroider med meget ens genomiske sekvenser. En plante inficeret med et viroid forhindrer et andet viroid i at replikere og forårsage sygdom. Dette svarer til viral interferens, hvor tilstedeværelsen af ​​en virus i en celle hæmmer replikationen af ​​en anden virus. Mekanismen for krydsbeskyttelse i viroider er ukendt. Ifølge en hypotese er begrænset værtscellefaktor nødvendig for replikation, celle-til-celle-transport og akkumulering. Den forskellige affinitet af viroid RNA'er for dette viroid kan bestemme, hvilke af viroiderne, der kommer ind i cellen på samme tid, der vil dominere; desuden kan interaktionen af ​​viroid RNA med denne faktor bestemme dets patogenicitet [21] .

Diagnostik

Den første metode, der blev brugt til hurtig (inden for to til tre dage) identifikation af planter inficeret med viroider var polyacrylamidgelelektroforese ( PAGE ). Da det er den eneste diagnostiske metode, der ikke kræver viden om den viroide genomsekvens, er PAGE under denaturerende betingelser stadig hovedmetoden til at identificere nye viroider. Siden begyndelsen af ​​1980'erne er hybridiseringspunkt blots blevet aktivt brugt til rutinemæssig identifikation , som gradvist erstattede PAGE. Omtrent 10 år senere begyndte revers transkription polymerase kædereaktion at blive brugt til at arbejde med viroider [22] [23] .

Nogle viroid-lignende midler

Planteviroid-lignende satellit-RNA'er

Plantesatellit-RNA'er er små enkeltstrengede RNA'er, der er afhængige af en hjælpervirus til replikation og kapsidkapsidisering, men som de har ringe eller ingen sekvenslighed med. Desuden er satellit-RNA'er ikke påkrævet til hjælpervirusreplikation, og de fleste af dem koder ikke for nogen proteiner. Satellit-RNA'er kan være lineære eller cirkulære. Ligesom viroider har satellit-RNA'er en høj baseparringsstruktur. I modsætning til viroider har de et kapsid og kan derfor overføres mere effektivt fra plante til plante. Desuden, ligesom Avsunviroidae , har alle viroid-lignende cirkulære plantesatellit-RNA'er hårnåle- og hammerhovedstrukturer, der katalyserer spaltningen af ​​multimere RNA'er til monomerer under rullende ringreplikation [21] .

En række RNA-holdige plantevira understøtter satellit-RNA-replikation, formentlig ved at tilvejebringe deres egen RNA-afhængige RNA-polymerase til satellit-RNA-replikation og capsidproteiner til satellit-RNA-capsiddannelse. Tilstedeværelsen af ​​satellit-RNA'er kan påvirke replikationen af ​​den tilsvarende hjælpervirus og modulere symptomerne på den sygdom, den forårsager. At dømme efter de eksisterende ligheder stammer viroider og viroidlignende satillitiske RNA'er fra en fælles forfader [21] .

Hepatitis delta virus

Hepatitis delta-virus (HDV) er et unikt humant patogen, der deler en række fælles træk med planteviroider og viroidlignende satellit-RNA'er. Det er blevet foreslået, at HDV udviklede sig fra et primitivt viroid-lignende RNA via cellulær transkriptoptagelse. Dette blodbårne patogen replikerer i leveren og forårsager ofte fulminant hepatitis hos primater og andre pattedyr. Hepatitis delta-virus kan også være forbundet med udvikling af leverkræft . Det findes kun i nærvær af hepatitis B-virus og bruger hepatitis B-viruskappeproteinet (S - antigen ) til at pakke sit RNA-genom. Da hepatitis delta-virus kræver et viralt protein til emballering, betragtes det som et satellit-RNA af hepatitis B-virus. På verdensplan er mere end 15 millioner mennesker inficeret med dette patogen, så hepatitis forårsaget af hepatitis delta-virus er et alvorligt folkesundhedsproblem [21 ] .

Retrozymes

Retrozymer er en gruppe af små ikke-autonome retrotransposoner fordelt i plantegenomer og indeholder et hammerhoved-ribozym. Et retrozym er et selvekstraherende RNA-molekyle, der indeholder to lange terminale regioner med gentagelser på ca. 300 bp lange, som hver indeholder et hammerhoved-ribozym. De er ansvarlige for evnen til selvskæring, der medierer udskæringen af ​​et RNA-molekyle med en længde på 600 til 1000 bp, som ikke koder for proteiner. Retrozymer transskriberes aktivt, hvilket giver anledning til en række lineære og cirkulære RNA-molekyler, som akkumuleres forskelligt i forskellige plantevæv og på forskellige udviklingsstadier. Sekvenserne af retrozymer er ekstremt variable og viser ingen homologi ud over tilstedeværelsen af ​​ribozymer og terminale gentagelser, der er fælles for alle retrotransposoner. Retrozymer giver anledning til RNA med forskellig polaritet, hvilket bekræfter tilstedeværelsen af ​​rullende ring-RNA-replikation, såsom i viroider. Funktionerne af retrozymer i plantegenomer er ukendte [24] .

Viroider og RNA-verdenshypotesen

Diener foreslog i 1989 , at viroidernes unikke egenskaber gør dem mere som "levende fossiler" fra en hypotetisk præcellulær RNA-verden , end introner eller andre RNA'er gør [25] . I dette tilfælde er viroider, ud over plantevirologi, også vigtige for evolutionær biologi , da deres egenskaber gør dem mere ens sammenlignet med andre moderne RNA'er de RNA'er, der var et nøgletrin i overgangen fra livløst til levende stof ( abiogenese ). Disse egenskaber ved viroider er:

1. Viroider er meget små, hvilket gør replikation lettere;
2. Viroid RNA har et højt indhold af guanin (G) og cytosin (C), hvilket øger deres stabilitet og replikationsnøjagtighed;
3. Ringstruktur, som tillader replikation at finde sted fuldstændigt i fravær af tag-sekvenser;
4. Eksistensen af ​​periodicitet i strukturen, som tillader dem at blive samlet som modulære enheder til større genomer;
5. Viroider koder ikke for proteiner, hvilket gør det muligt for dem at eksistere i et miljø uden ribosomer ;
6. I nogle viroider er ribozymer, karakteristiske elementer i RNA-verdenen, involveret i replikation.

Dieners hypotese blev glemt indtil 2014, hvor Flores og kolleger i deres anmeldelse offentliggjorde beviserne for denne hypotese, der er anført ovenfor [26] .

Betydning

Ved at forårsage sygdomme i økonomisk vigtige afgrøder og prydplanter har viroider stor indflydelse på det globale landbrug. Til dato er viroide sygdomme almindelige på alle kontinenter, hvor de har forskellig betydning afhængig af værtsplanten og lokale plantesundhedsforanstaltninger. I 2014 listede European-Mediterranean Plant Protection Organisation tre arter af viroider fra Pospiviroidae- familien som plantepatogener, der kræver karantæne : kokospalmen kadang-kadanga viroid, krysantemum dværg viroid og kartoffel spindel knold viroid. En anden art, tomatens apikale dværgviroid, er på listen over patogener, der giver anledning til alvorlig bekymring [4] .

I øjeblikket bruges viroider til at studere de evolutionære forhold mellem RNA og DNA-genomer. De er også ideelle biologiske molekyler til at studere forholdet mellem strukturen og funktionerne af RNA-molekyler [27] . Chrysanthemum dwarfism viroid kan bruges til at modellere viroide sygdomme for at studere dem og udvikle kontrolmetoder. Det kan hurtigt og nemt indføres i krysantemumbladceller ved hjælp af agrobakterier [28] . Potato spindle tuber viroid er almindeligt anvendt som et modeleksperimentelt system for viroider af familien Pospiviroidae , og den asymptomatiske latente aubergineviroid er måske mest velegnet til at studere viroider af Avsunviroidae- familien [29] .

Noter

1. ↑ Fra 1998 er Viroids ikke et gyldigt taxon under ICTV , men bruges af det som et fællesnavn for en gruppe af subvirale partikler [klausuler 3.26 og 3.27 i International Code of Classification and Nomenclature of Viruses  (engelsk) ].
2. ↑ Taxonomy of Viruses  på webstedet International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) .
3. ↑ 1 2 Pommerville, Jeffrey C. Fundamentals of Microbiology  (ubestemt) . — Burlington, MA: Jones and Bartlett Learning, 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. Infektiøse lange ikke-kodende RNA'er.  (engelsk)  // Biochimie. - 2015. - doi : 10.1016/j.biochi.2015.05.005 . — PMID 25986218 .
5. ↑ 1 2 Willey et al., 2009 , s. 105-106.
6. ↑ 12 Acheson , 2011 , s. 379.
7. ↑ Kartoffelspindelknold  // Plantesundhedsinstruktør. - 2009. - ISSN 1935-9411 . - doi : 10.1094/PHI-I-2009-0804-01 .
8. ↑ ARS Research Timeline - Tracking the Elusive Viroid (2. marts 2006). Hentet 18. juli 2007. Arkiveret fra originalen 6. juli 2007. (ubestemt)
9. ↑ Diener TO Kartoffel spindel knold "virus". IV. Et replikerende RNA med lav molekylvægt.  (engelsk)  // Virologi. - 1971. - Bd. 45, nr. 2 . - s. 411-428. — PMID 5095900 .
10. ↑ Sanger HL , Klotz G. , Riesner D. , Gross HJ , Kleinschmidt AK Viroider er enkeltstrengede kovalent lukkede cirkulære RNA-molekyler, der eksisterer som stærkt baseparrede stavlignende strukturer.  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1976. - Bd. 73, nr. 11 . - S. 3852-3856. — PMID 1069269 .
11. ↑ Sogo JM , Koller T. , Diener TO Potato spindle tuber viroid. X. Visualisering og størrelsesbestemmelse ved elektronmikroskopi.  (engelsk)  // Virologi. - 1973. - Bd. 55, nr. 1 . - S. 70-80. — PMID 4728831 .
12. ↑ Gross HJ , Domdey H. , Lossow C. , Jank P. , Raba M. , Alberty H. , Sänger HL Nukleotidsekvens og sekundær struktur af potato spindle tuber viroid.  (engelsk)  // Nature. - 1978. - Bd. 273, nr. 5659 . - S. 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 Nuværende status for viroid taksonomi  // Archives of Virology. - 2014. - 13. september ( bind 159 , nr. 12 ). - S. 3467-3478 . — ISSN 0304-8608 . - doi : 10.1007/s00705-014-2200-6 .
14. ↑ Acheson, 2011 , s. 379-380.
15. ↑ Trifonov EN , Kejnovsky E. Acytota - associeret rige med forsømt liv.  (engelsk)  // Journal of biomolecular structure & dynamics. - 2016. - Bd. 34, nr. 8 . - S. 1641-1648. - doi : 10.1080/07391102.2015.1086959 . — PMID 26305806 .
16. ↑ 1 2 3 4 5 6 Acheson, 2011 , s. 380.
17. ↑ 1 2 3 4 Acheson, 2011 , s. 381.
18. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Acheson, 2011 , s. 382.
19. ↑ Acheson, 2011 , s. 382-383.
20. ↑ Castellano M. , Martinez G. , Marques MC , Moreno-Romero J. , Köhler C. , Pallas V. , Gomez G. Ændringer i DNA-methyleringsmønsteret af værtsmandlige gametofyt af viroid-inficerede agurkeplanter.  (engelsk)  // Journal of experimental botany. - 2016. - doi : 10.1093/jxb/erw353 . — PMID 27697787 .
21. ↑ 1 2 3 4 Acheson, 2011 , s. 383.
22. ↑ Owens RA , Sano T. , Duran-Vila N. Planteviroider: isolering, karakterisering/detektion og analyse.  (Engelsk)  // Metoder i molekylærbiologi (Clifton, NJ). - 2012. - Bd. 894.-P. 253-271. - doi : 10.1007/978-1-61779-882-5_17 . — PMID 22678585 .
23. ↑ R.A. Mumford, K. Walsh & N. Boonham. En sammenligning af molekylære metoder til rutinemæssig påvisning af viroider .
24. ↑ Cervera A. , Urbina D. , de la Peña M. Retrozymer er en unik familie af ikke-autonome retrotransposoner med hammerhoved-ribozymer, der formerer sig i planter gennem cirkulære RNA'er.  (engelsk)  // Genombiologi. - 2016. - Bd. 17, nr. 1 . - S. 135. - doi : 10.1186/s13059-016-1002-4 . — PMID 27339130 .
25. ↑ Diener TO Cirkulære RNA'er: levn fra præcellulær evolution?  (engelsk)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1989. - Bd. 86, nr. 23 . - P. 9370-9374. — PMID 2480600 .
26. ↑ Flores R. , Gago-Zachert S. , Serra P. , Sanjuán R. , Elena SF Viroids: overlevende fra RNA-verdenen?  (engelsk)  // Årlig gennemgang af mikrobiologi. - 2014. - Bd. 68. - S. 395-414. - doi : 10.1146/annurev-micro-091313-103416 . — PMID 25002087 .
27. ↑ Acheson, 2011 , s. 385.
28. ↑ Nabeshima T. , Doi M. , Hosokawa M. Agrobacterium-medieret podning af krysantemum (Chrysanthemum morifolium) planter med krysantemum stunt viroid.  (engelsk)  // Journal of virological methods. - 2016. - Bd. 234. - S. 169-173. - doi : 10.1016/j.jviromet.2016.05.001 . — PMID 27155239 .
29. ↑ Daròs JA Aubergine latent viroid: et venligt eksperimentelt system i familien Avsunviroidae.  (engelsk)  // Molekylær plantepatologi. - 2016. - Bd. 17, nr. 8 . - S. 1170-1177. - doi : 10.1111/mpp.12358 . — PMID 26696449 .

Litteratur

• Nicholas H. Acheson. Grundlæggende om molekylær virologi . - 2. udgave .. - WILEY (John Wiley & Sons, Inc.), 2011. - S.  379 -383. — 528 s. - ISBN 978-0-470-90059-8 .
• Joanne M. Willey, Linda M. Sherwood, Christopher J. Woolverton. Prescotts principper for mikrobiologi . — 1. udgave. - McGraw-Hill Higher Education, 2009. - S.  105-106 . — 968 s. - ISBN 978-0-07-337523-6 .

Ordbøger og encyklopædier	Fantastisk catalansk Britannica (online) Universalis
Taksonomi	EOL NCBI
I bibliografiske kataloger	GND : 4188394-9 J9U : 987007541295405171 LCCN : sh85143797 NDL : 00576103 NKC : ph656352