VÍRUS TABAKOVEJ MOZAIKY: CHARAKTERISTIKA, ŠTRUKTÚRA, REPLIKÁCIA - BIOLÓGIE - 2026

Vírusu mozaiky tabaku ( TMV , anglické vírus tabakovej mozaiky) je rastlina, RNA vírus, ktorý spôsobuje vznik hnedé škvrny na listoch rastlín šnupavý tabak a ďalších ekonomicky významných plodinách, ako sú paradajky a ostatné Solanaceae.

Jeho názov je odvodený od vzoru škvŕn, ktoré spôsobuje v infikovaných rastlinách, ktoré sa označujú ako „mozaika“. Je to prvý vírus, ktorý bol v prírode identifikovaný a opísaný, udalosti, ktoré sa odohrali medzi koncom 18. a začiatkom 20. storočia, teda pred viac ako sto rokmi.

Elektrónový mikrograf vírusu tabakovej mozaiky (Zdroj: Nebol poskytnutý žiadny strojovo čitateľný autor. Predpokladaný Chb (na základe nárokov na autorské práva). / Public domain, prostredníctvom Wikimedia Commons)

Odhaduje sa, že straty tabaku spôsobené vírusom tabakovej mozaiky sú približne 1%, keďže sa pestuje stále viac rezistentných rastlín. Napríklad iné plodiny, ako napríklad paradajky, trpia viac ako 20% stratami v dôsledku choroby spôsobenej TMV.

Jeden z hlavných agronomických problémov súvisiacich s týmto vírusom súvisí s tým, že môže žiť, aj keď rastlina, ktorá ho hostí, zomrie a navyše podporuje vysoké teploty, takže jeho odstránenie z plodiny alebo zo zariadení skleník je dosť náročný.

Vírus tabakovej mozaiky sa však ukázal ako veľmi užitočný ako:

- Symbolický a didaktický model na odhalenie základných charakteristík, ktoré definujú vírusy

- Prototyp na skúmanie biológie hostiteľských rastlín parazitov, najmä tabaku

- Nástroj na štúdium interakcií patogén-hostiteľ a obchodovania s bunkami

- Biotechnologický nástroj na expresiu proteínov farmaceutického významu v tabaku.

objav

Od jeho identifikácie mal vírus tabakovej mozaiky významnú úlohu pri určovaní oblasti virologie, pretože bol prvým vírusom, ktorý sa v histórii identifikoval a opísal.

Všetko sa začalo v roku 1879, keď sa nemecký poľnohospodársky chemik Adolf Meyer venoval štúdiu niektorých chorôb ovplyvňujúcich tabak.

Tento vedec preukázal, že choroba, ktorá spôsobila výskyt škvŕn na tabakových listoch, sa môže preniesť z postihnutej rastliny na zdravú rastlinu len tak, že sa jej listy otria extraktom z rastliny.

Meyer to nazval „chorobou tabaku mozaiky“ a pôvodne navrhoval, že etiologický pôvodca (ten, ktorý ho produkoval) je bakteriálneho pôvodu, hoci ho nedokázal izolovať alebo experimentálne kultivovať in vitro.

Štruktúra vírusu tabakovej mozaiky. 1) Jednovláknová RNA, 2) Kapsomér alebo protomér, podjednotka kapsidového CP proteínu a 3) Štruktúra kapsidu (Zdroj: Y_tambe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/). 3.0) prostredníctvom Wikimedia Commons)

Objavenie prvého vírusu

Úver za objavenie vírusových častíc patrí ruskému mikrobiológovi Dmitrijovi Ivanovskému, ktorý v rokoch 1887 až 1890 vyšetril chorobu tabakovej mozaiky a zistil, že pôvodca choroby je taký malý, že môže prechádzať cez malé póry. porcelánového filtra, kde baktérie nemohli prejsť.

S touto udalosťou Ivanovskij zistil, že choroba bola spôsobená „filtrovateľným vírusom“, pričom výraz „vírus“ sa v latinskom slove označil ako „jed“.

Ivanovského diela neskôr potvrdil v roku 1895 Holanďan Willem Beijerinck, ktorý demonštroval sérový prenos vírusu (z jednej rastliny na druhú) pomocou filtrovanej miazgy chorých rastlín.

Beijerinckova práca tiež slúžila na preukázanie, že nejde iba o chemický toxín, ale skôr o živú látku schopnú samoreprodukcie.

V rokoch 1927 až 1931 dvaja vedci z inštitútu Boyce Thompson Institute vo Philadelphii, Vinson a Petri, koncentrovali vírus zrážaním pomocou metód používaných na čistenie proteínov.

Neskôr, v roku 1935, Stanley vírus vyčistil a podarilo sa mu vykryštalizovať vysoko aktívne a infekčné častice v tvare ihly, čo znamená bezprecedentnú udalosť, v ktorej by sa „živá“ entita mohla vyskytovať v kryštalickom stave.

O niekoľko rokov neskôr, so spoluprácou a prácou mnohých vedcov, sa zistilo, že vírus tabakovej mozaiky bol jednorázový vírus RNA s vláknitým vzhľadom alebo morfológiou.

vlastnosti

- Jedná sa o jednokopový vírus RNA, ktorého virióny alebo vírusové častice majú tvar tyčinky

- Jeho genóm, ako aj väčšina vírusov, je chránený proteínovým plášťom

- Patrí do rodiny Virgaviridae a do rodu Tobamovirus

- infikuje tabakové rastliny a tiež niektoré podobné rastliny, najmä nočné lúče (zemiaky, paradajky, baklažány atď.), Pričom sa pridáva viac ako 200 možných hostiteľov;

- Je mimoriadne stabilný a môže zostať na rôznych povrchoch po dlhú dobu

- V infikovaných rastlinách sa tento vírus hromadí v značne vysokých titroch

- Príznaky, ktoré spôsobuje u postihnutých rastlín, sú zreteľné a ľahko identifikovateľné

štruktúra

Vírus tabakovej mozaiky, ako už bolo uvedené, je jednovláknový (jednovláknový) RNA vírus, ktorého vírusové častice sú v tvare tyčinky.

Zovšeobecnená schéma štruktúry vírusu tabakovej mozaiky, TMV (Zdroj: TMV_Structure.png: Graham Colm TalkV pôvodnom uploaderovi bola spoločnosť GrahamColm v angličtine Wikipedia.derivative work: Arnaugir / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses) /by-sa/3.0) prostredníctvom Wikimedia Commons)

Proteínový obal

Charakteristická štruktúra každej vírusovej častice je daná proteínovým plášťom tvoreným pravostrannou špirálou podjednotiek proteínu známeho ako „obalový proteín“.

Táto obálka má približne 2 130 proteínových podjednotiek, ktoré sa premieňajú na vírusové častice s priemernou veľkosťou 300 nm na dĺžku, priemerom 18 nm a dutým stredom 2 nm v polomere, kde genóm zaberá polomer v blízkosti polomeru 4 nm.

Pohľad zhora na proteínový obal TMV (Zdroj: Autori depozície: Stubbs, G., Pattanayek, R., Namba, K.; Autor vizualizácie: Používateľ: Astrojan / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by /4.0) prostredníctvom Wikimedia Commons)

genóm

Genomická RNA je sendvičovo medzi postupnými závitmi špirály, ktoré tvoria obal, spájajúc tri svoje nukleotidy s každou proteínovou podjednotkou, a teda zostávajú úplne pokryté proteínom.

Tento genóm je dlhý 6 395 nukleotidov a má obrátenú 7-metyl-guanozínovú "kapotu" pripojenú k svojmu 5 'koncu prostredníctvom trifosfátovej väzby.

Informácie kódované v genóme TMV zodpovedajú 4 génom, ktoré kódujú 4 rôzne produkty:

- dva proteíny spojené s replikáciou, jeden zo 126 kDa a druhý zo 183 kDa, priamo preložený z vírusovej RNA

- Pohybový proteín (MP, z anglického Movement Protein) a štrukturálny alebo obalový proteín (CP, z anglického Coat Protein), ktoré sú preložené z „subgenomických“ RNA

Úspešná infekcia TMV zahŕňa spoluprácu týchto štyroch multifunkčných produktov s mnohými bunkovými zložkami hostiteľskej rastliny, najmä bunkovou membránou a cytoskeletom.

replikácie

Na pochopenie mechanizmu replikácie TMV je potrebné porozumieť niektorým aspektom infekcie týmto vírusom.

Počiatočná infekcia

TMV vstupuje do rastliny iba mechanickými ranami, ktoré dočasne „otvárajú“ plazmovú membránu alebo spôsobujú pinocytózové udalosti.

K infekcii môže dôjsť z rán spôsobených manipuláciou s infikovanými rukami a prostredníctvom infikovaných nástrojov na prerezávanie atď., Ale zriedka sa prenáša hmyzom.

Keď sú vírusové častice v cytosóle, rozkladajú sa a uvoľňujú svoju genomickú RNA, ktorá je bunkou rozpoznaná ako jej vlastná RNA a je na tento účel prekladaná špecializovanými cytosolovými enzýmami.

Pre tento proces je nesmierne dôležitý „kapucňa“ metylguanozínu TMV genómovej RNA, pretože sa mu podarí „obísť“ systém sledovania buniek a podporiť jeho interakciu s inými bunkovými zložkami.

Počet zhromaždených vírusových častíc sa rýchlo zvyšuje a tieto môžu opustiť infikovanú bunku a infikovať ďalšie susedné bunky prostredníctvom plazmódových údajov, čo sú „kanály“, ktoré spájajú cytosól bunky s bunkami, ktoré ju obklopujú.

Nakoniec sa vírusové častice dostanú do translokačného systému rastliny, t. J. Do xylému a phloemu, čím sa dispergujú v celej rastline.

Aký je proces replikácie?

Vírus tabakovej mozaiky používa svoj genóm ako templát na syntézu negatívnych komplementárnych vlákien, ktoré slúžia ako templát na syntézu veľkého počtu pozitívnych vlákien.

Tieto templáty sa tiež používajú na syntézu "subgenomických" messengerových RNA, ktoré obsahujú otvorené čítacie rámce pre proteíny MP a CP.

Dva proteíny spojené s replikáciou, ktoré sú kódované v TMV genómovej RNA, majú metyltransferázovú, helikázovú a RNA-dependentnú RNA polymerázovú doménu.

Zdá sa, že k replikácii dochádza v komplexe spojenom s endoplazmatickou membránou retikula, ktorá obsahuje tieto proteíny, pohybový proteín (MP), vírusovú RNA a ďalšie rastlinné hostiteľské proteíny.

príznaky

Príznaky vírusu tabakovej mozaiky sa medzi jednotlivými rastlinnými druhmi veľmi líšia. Inými slovami, značne závisia od typu hostiteľskej rastliny a okrem toho od vírusového kmeňa, od genetického „pozadia“ rastliny a od podmienok prostredia, v ktorých sa nachádzajú.

Fotografia listu tabakovej rastliny infikovanej TMV (Zdroj: Slide Set spoločnosti RJ Reynolds Tobacco Company / Public Domain, prostredníctvom Wikimedia Commons)

Symptómy sa zvyčajne objavia okolo 10 dní po počiatočnej infekcii a sú to:

- Vzhľad hnedých alebo žltkastých škvŕn s mozaikovitým matrom na listoch listov

- Nekróza

- Zakrpatený rast

- Krútenie listov

- Žltnutie tkanív

- Nízka úroda pri produkcii ovocia a rovnomerný vzhľad poškodeného a deformovaného ovocia

- Oneskorenie dozrievania ovocia

- Farba plodov nie je homogénna (najmä v paradajkách)

Referencie

1. Butler, PJG (1999). Vlastné zostavenie vírusu tabakovej mozaiky: úloha stredného agregátu pri vytváraní špecifickosti a rýchlosti. Filozofické transakcie Kráľovskej spoločnosti v Londýne. Séria B: Biological Sciences, 354 (1383), 537-550.
2. Liu, C. a Nelson, RS (2013). Bunková biológia replikácie a pohybu vírusu tabakovej mozaiky. Hranice vo vede rastlín, 4, 12.
3. Mphuthi, P. (2017). Symptómy, prenos a správa vírusu tabakovej mozaiky. Farmer's Weekly, 2017 (17014), 60-61.
4. Rifkind, D., & Freeman, G. (2005). Nobelova cena za víťazné objavy infekčných chorôb. Elsevier.
5. Scholthof, KBG (2000). Poučenie z patológie rastlín: vírus tabakovej mozaiky. Plant Health Instr.
6. Scholthof, KBG (2004). Vírus tabakovej mozaiky: modelový systém pre biológiu rastlín. Annu. Phytopathol., 42, 13-34.