VIRUS TABÁKOVÉ MOZAIKY: CHARAKTERISTIKA, STRUKTURA, REPLIKACE - BIOLOGIE - 2025

Viru mozaiky tabáku (TMV, anglické virus tabákové mozaiky) je rostlina, RNA virus, který způsobuje vznik hnědé skvrny na listech rostlin šňupací tabák a dalších ekonomicky významných plodinách, jako jsou rajčata a ostatní Solanaceae.

Jeho název je odvozen od vzoru skvrn, které způsobuje na infikovaných rostlinách, což je popsáno jako „mozaika“. Je to první virus, který byl v přírodě identifikován a popsán, události, které se odehrály mezi konci 18. a začátkem 20. století, tedy před více než stoletím.

Elektronový mikrograf viru tabákové mozaiky (Zdroj: Nebyl poskytnut žádný strojově čitelný autor. Předpokládán Chb (na základě nároků na autorská práva). / Public domain, prostřednictvím Wikimedia Commons)

Odhaduje se, že ztráty tabáku způsobené virem tabákové mozaiky se pohybují kolem 1%, protože se pěstuje stále více rezistentních rostlin. Například jiné plodiny, jako například rajčata, utrpí ztrátu více než 20% v důsledku choroby způsobené TMV.

Jeden z hlavních agronomických problémů souvisejících s tímto virem souvisí s tím, že může žít, i když rostlina, jejíž hostitel je hostitelem, zemře a navíc podporuje vysoké teploty, takže jeho odstranění z plodiny nebo ze zařízení skleník je docela náročný.

Virus tabákové mozaiky se však ukázal jako velmi užitečný jako:

- Symbolický a didaktický model k odhalení základních charakteristik, které definují viry

- Prototyp pro zkoumání biologie hostitelských rostlin parazitů, zejména tabáku

- Nástroj pro studium interakcí patogen-hostitel a obchodu s buňkami

- Biotechnologický nástroj pro expresi proteinů farmaceutického zájmu v tabáku.

Objev

Virus viru tabákové mozaiky měl od své identifikace transcendentální roli ve zřízení oboru virologie, protože byl prvním virem identifikovaným a popsaným v historii.

Všechno to začalo v roce 1879, kdy se německý zemědělský chemik Adolf Meyer věnoval studiu některých nemocí, které ovlivňovaly tabák.

Tento vědec ukázal, že nemoc, která způsobila výskyt skvrn na tabákových listech, by mohla být přenesena z nemocné rostliny na zdravou rostlinu pouhým otíráním listů této rostliny extraktem z rostlin.

Meyer to nazval „mozaikovým onemocněním tabáku“ a původně navrhoval, že etiologický původce (ten, který ho produkoval) byl bakteriálního původu, ačkoli ho nemohl izolovat nebo experimentálně kultivovat in vitro.

Struktura viru tabákové mozaiky. 1) Jednořetězcová RNA, 2) Kapsomer nebo protomer, podjednotka kapsidového CP proteinu a 3) Struktura kapsle (Zdroj: Y_tambe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/) 3.0) prostřednictvím Wikimedia Commons)

Objev prvního viru

Ocenění za objev virových částic patří ruskému mikrobiologovi Dmitrijovi Ivanovskému, který mezi lety 1887 a 1890 vyšetřoval chorobu tabákové mozaiky a zjistil, že původce nemoci byl tak malý, že mohl projít malými póry. porcelánového filtru, kde bakterie nemohly projít.

S touto událostí Ivanovsky určil, že nemoc byla způsobena „filtrovatelným virem“ a termín „virus“ převzal z latinského slova „jed“.

Ivanovského práce později potvrdil v roce 1895 Holanďan Willem Beijerinck, který prokázal sérový přenos viru (z rostliny na rostlinu) pomocí filtrované mízy nemocných rostlin.

Beijerinckova práce také sloužila jako důkaz, že to nebyl jen chemický toxin, ale spíše živý agens schopný se replikace.

Mezi 1927 a 1931 dva vědci z Boyce Thompson Institute ve Philadelphii, Vinson a Petri, koncentrovali virus precipitací za použití metod používaných pro purifikaci proteinu.

Později, v roce 1935, Stanley očistil virus a podařilo se mu vykrystalizovat vysoce aktivní a infekční jehličkovité částice, což značí nebývalou událost, ve které by se v krystalickém stavu mohla objevit „živá“ entita.

O několik let později, se spoluprací a prací mnoha vědců, bylo zjištěno, že virus tabákové mozaiky byl jednokopový virus RNA, s vláknitým vzhledem nebo morfologií.

vlastnosti

- Jedná se o jednopásmový virus RNA, jehož viriony nebo virové částice jsou ve tvaru tyčinky

- Jeho genom, stejně jako většina virů, je chráněn proteinovým pláštěm

- Patří do čeledi Virgaviridae a do rodu Tobamovirus

- Napadá tabákové rostliny a také některé příbuzné rostliny, zejména lilky (brambory, rajčata, lilek atd.), Přidává více než 200 možných hostitelů

- Je extrémně stabilní a může zůstat po dlouhou dobu na různých površích

- V infikovaných rostlinách se tento virus hromadí ve značně vysokých titrech

- Příznaky, které způsobuje u nemocných rostlin, jsou patrné a snadno identifikovatelné

Struktura

Virus tabákové mozaiky, jak již bylo zmíněno, je jednovláknový (jednovláknový) RNA virus, jehož virové částice jsou ve tvaru tyčinky.

Zobecněné schéma struktury viru tabákové mozaiky, TMV (Zdroj: TMV_Structure.png: Graham Colm Talk Původním uploaderem byl GrahamColm v angličtině Wikipedia.derivative work: Arnaugir / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses) /by-sa/3.0) prostřednictvím Wikimedia Commons)

Proteinový obal

Charakteristická struktura každé virové částice je dána proteinovým potahem vytvořeným pravotočivou spirálou podjednotek proteinu známého jako "obalový protein".

Tato obálka má přibližně 2 130 proteinových podjednotek, které se převádějí do virové částice o průměrné velikosti 300 nm na délku, průměru 18 nm a dutého středu 2 nm na poloměru, kde genom zaujímá poloměr blízko k 4 nm.

Pohled shora na TMV proteinový plášť (Zdroj: Autoři depozice: Stubbs, G., Pattanayek, R., Namba, K.; Autor vizualizace: Uživatel: Astrojan / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by /4.0) prostřednictvím Wikimedia Commons)

Genome

Genomická RNA je vložena mezi po sobě jdoucí závity spirály, které tvoří obálku, spojující tři ze svých nukleotidů s každou proteinovou podjednotkou, a tak zůstává zcela zakrytá v proteinu.

Tento genom je dlouhý 6 395 nukleotidů a má obrácenou 7-methyl-guanosinovou "kapotu" připojenou k jeho 5 'konci prostřednictvím trifosfátové vazby.

Informace kódované v TMV genomu odpovídají 4 genům, které kódují 4 různé produkty:

- Dva proteiny spojené s replikací, jeden ze 126 kDa a druhý z 183 kDa, přímo přeložený z RNA viru

- Pohybový protein (MP, z anglického Movement Protein) a strukturální nebo obalový protein (CP, z anglického Coat Protein), které jsou překládány z „subgenomických“ RNA

Úspěšná infekce TMV zahrnuje spolupráci těchto čtyř multifunkčních produktů s mnoha buněčnými složkami hostitelské rostliny, zejména buněčnou membránou a cytoskeletem.

Replikace

Abychom pochopili mechanismus replikace TMV, je nutné porozumět některým aspektům infekce tímto virem.

Počáteční infekce

TMV vstupuje do rostliny pouze mechanickými ranami, které dočasně „otevírají“ plazmovou membránu nebo způsobují události pinocytózy.

K infekci může dojít z poranění způsobených manipulací s infikovanými rukama a pomocí infikovaných nástrojů prořezávání atd., Ale zřídka je přenášena hmyzem.

Jakmile jsou v cytosolu, virové částice se rozebírají a uvolňují svou genomickou RNA, která je buňkou rozpoznávána jako vlastní RNA a je za tímto účelem přeložena specializovanými cytosolovými enzymy.

Pro tento proces je nanejvýš důležitý „kapuce“ methylguanosinu genomické RNA TMV, protože dokáže „obejít“ „sledovací“ systém buňky a podpořit její interakci s dalšími buněčnými složkami.

Počet shromážděných virových částic rychle roste a ty mohou opustit infikovanou buňku a infikovat další sousední buňky prostřednictvím plazmodesmata, což jsou „kanály“, které spojují cytosol buňky s buňkami, které ji obklopují.

Nakonec se virové částice dostanou do translokačního systému rostliny, tj. Do xylemu a phloemu, čímž se v rostlině rozptýlí.

Jaký je proces replikace?

Virus tabákové mozaiky používá svůj genom jako templát k syntéze negativních komplementárních řetězců, které slouží jako templát pro syntézu velkého počtu pozitivních vláken.

Tyto šablony se také používají pro syntézu "subgenomických" messengerových RNA, které obsahují otevřené čtecí rámce pro MP a CP proteiny.

Dva proteiny spojené s replikací, které jsou kódovány v TMV genomické RNA, mají methyltransferasu, helikázu a RNA-dependentní RNA polymerázové domény.

Zdá se, že k replikaci dochází v komplexu asociovaném s endoplazmatickou membránou retikula, která obsahuje tyto proteiny, pohybový protein (MP), virovou RNA a další rostlinné hostitelské proteiny.

Příznaky

Příznaky viru tabákové mozaiky se u jednotlivých druhů rostlin velmi liší. Jinými slovy, značně závisí na typu hostitelské rostliny a dále na kmeni viru, genetickém „pozadí“ rostliny a okolních podmínkách, kde se nachází.

Fotografie listu tabákové rostliny nakažené TMV (Zdroj: RJ Reynolds Tobacco Company Slide Set / Public Domain, prostřednictvím Wikimedia Commons)

Příznaky se obvykle objevují přibližně 10 dní po počáteční infekci a jsou to:

- Vzhled hnědých nebo nažloutlých skvrn s mozaikovitým matronem na listových listech

- Nekróza

- Nedostatečným růstem

- Kroucení listů

- Žloutnutí tkání

- Nízký výnos při produkci ovoce a rovnoměrný vzhled poškozeného a deformovaného ovoce

- Zpoždění zrání ovoce

- Barva plodů není stejnoměrná (zejména u rajčat)

Reference

1. Butler, PJG (1999). Vlastní sestavení viru tabákové mozaiky: role přechodného agregátu při generování specifičnosti a rychlosti. Filozofické transakce Královské společnosti v Londýně. Série B: Biological Sciences, 354 (1383), 537-550.
2. Liu, C. a Nelson, RS (2013). Buněčná biologie replikace a pohybu viru tabákové mozaiky. Hranice ve vědě o rostlinách, 4, 12.
3. Mphuthi, P. (2017). Symptomy viru tabákové mozaiky, přenos a správa. Farmer's Weekly, 2017 (17014), 60-61.
4. Rifkind, D., & Freeman, G. (2005). Nobelova cena získává objevy infekčních nemocí. Elsevier.
5. Scholthof, KBG (2000). Poučení z patologie rostlin: virus tabákové mozaiky. Plant Health Instr.
6. Scholthof, KBG (2004). Virus tabákové mozaiky: modelový systém pro biologii rostlin. Annu. Phytopathol., 42, 13-34.