Viroidii

Viroidii
Structura secundară PSTVd
Clasificare științifică [1]
Grup:Viruși [2]Grup:Viroidii
Denumire științifică internațională
Viroidii
familii
Pospiviroidae Avsunviroidae
Sistematică la Wikispecies Imagini la Wikimedia Commons NCBI   12884 EOL   60605243

Viroidii ( ing.  Viroidii ) sunt agenţi infecţioşi care constau numai din ARN circular . Acestea provoacă diverse boli ale plantelor , inclusiv tuberculul fusului de cartofi , exocortisul citricelor nanismul crizantemei . Potrivit oamenilor de știință, mai mult de o treime din bolile virale ale plantelor sunt cauzate de viroizi [3] .

Viroidii sunt molecule circulare de ARN monocatenar închise covalent (ARNss) cu o lungime de 246 până la 467 de nucleotide [4] (pentru comparație: genomul celui mai mic virus cunoscut are o lungime de 2000 de nucleotide [3] ). Spre deosebire de virusuri, viroizilor le lipsește un înveliș proteic ( capsidă ). În mod normal , ARNc viroid există într-o formă în formă de tijă datorită împerecherii bazelor azotate în cadrul catenei, rezultând regiuni dublu catenare cu bucle monocatenar. Unii viroizi se găsesc în nucleolul unei celule infectate , unde pot fi prezente 200 până la 100.000 de copii ale genomului viroizului . Alți viroizi sunt localizați în cloroplaste .

ARN-ul viroizilor nu codifică nicio proteină, astfel încât viroizii nu se pot replica singuri. Se presupune că, în aceste scopuri, ei folosesc ARN polimeraza dependentă de ADN a celulei gazdă , o enzimă care este de obicei utilizată pentru a sintetiza ARN pe un matriță ADN. Cu toate acestea, într-o celulă infectată cu un viroid, această enzimă folosește ARN-ul viroizului, și nu ADN-ul celulei gazdă, ca șablon pentru sinteza ARN. Această moleculă de ARN, care este complementară cu genomul viroizului, este folosită ca șablon pentru sinteza noilor ARN viroizi [5] .

O plantă infectată cu un viroid poate să nu prezinte niciun simptom . Cu toate acestea, același viroid poate provoca boli grave la o altă specie de plante. Baza patogenității viroizilor nu a fost încă determinată, dar se știe că anumite regiuni de ARN viroid sunt necesare pentru aceasta. Unele dovezi sugerează că viroizii provoacă boli prin activarea mecanismelor de tăcere a ARN în celula eucariotă care funcționează în mod normal pentru a proteja celula de virușii al căror genom este ARN dublu catenar (dsRNA). În tăcere ARN, celula recunoaște dsARN-urile și le distruge selectiv. Viroidii pot interfera cu acest proces prin legarea complementară ( hibridarea ) la molecule specifice de ARN ale celulei gazdă. Formarea de dsARN hibrid din ARN viroid și celular declanșează tăcere ARN menită să distrugă complexul hibrid. Ca rezultat, ARNm al celulei gazdă este distrus și anumite gene sunt reduse la tăcere . Incapacitatea de a exprima o genă importantă provoacă boală la planta gazdă. Cu toate acestea, există sugestii despre alte mecanisme de acțiune a viroizilor asupra celulelor vegetale [5] .

Viroidii se numără printre agenții patogeni de replicare care conțin ARN care provoacă diverse boli la plante și animale . În plus față de viroizi, astfel de agenți patogeni includ ARN satelit, ARN satelit al plantelor asemănătoare viroizilor și virusul hepatitei umane delta [ 6] .

Istorie

În anii 1920, fermierii din New York și New Jersey au observat simptomele unei boli necunoscute la cartofi . Tuberculii plantelor afectate și-au pierdut forma normală și au devenit fusiformi, motiv pentru care această boală a fost numită potato spindle tuber ( PSTVd ​​) [7] . Simptomele bolii au apărut la plantele care au intrat în contact cu fragmente de exemplare infectate, prin urmare boala a fost cauzată de un agent care putea fi transmis de la o plantă la alta. Cu toate acestea, nu au fost găsite ciuperci sau bacterii neobișnuite în plantele afectate, așa că s-a ajuns la concluzia că boala a fost cauzată de un virus. În ciuda numeroaselor încercări de a izola și de a purifica acest virus din extractul de cartofi fusiform folosind metode din ce în ce mai sofisticate, nu a fost posibilă izolarea acestuia [8] .

În 1971, Theodor O. Diener a arătat că acest agent infecțios nu era un virus, ci un tip complet nou de patogen, o optzecime din dimensiunea unui virus tipic, și a inventat termenul „viroid” [9] (adică „virus -like" pentru ea). ). În paralel, au fost efectuate studii agricole ale caracteristicilor viroizilor și cercetări științifice fundamentale care vizează studierea proprietăților lor fizice, chimice și macromoleculare. În 1976, Senger și colegii săi au demonstrat că agentul patogen care provoacă tuberculul fusului de cartofi este o „moleculă de ARN circulară monocatenară, închisă covalent, datorită împerecherii bazelor, dobândind o structură densă asemănătoare tijei”. Aceasta a fost prima descriere a naturii viroizilor [10] .

Forma circulară și structura monocatenară a moleculei de ARN viroid a fost confirmată prin microscopie electronică [11] , iar secvența completă a genomului viroizului tuberculului fusului de cartofi (PSTVd) a fost determinată în 1978 de Hans Gross ( German  Gross ) și colegii [12] . Acest viroid a fost primul agent patogen eucariot pentru care a fost determinată o structură moleculară completă.

Clasificare

Pe baza unei analize comparative a secvențelor și a prezenței unei regiuni centrale conservate în molecula de ARN genomic, toți viroizii cunoscuți în prezent sunt împărțiți în două familii . În prezent, sunt cunoscuți patru membri ai grupului viroid de pete de avocado (ASBVd), cunoscut și sub numele de Avsunviroidae sau grupul A. La membrii acestei familii, atât catenele plus- , cât și minus ale ARN-ului viroid sunt capabile a se autoextrage din multimerii ARN . Toți ceilalți viroizi cunoscuți în prezent aparțin grupului de viroizi tuberculi fusului de cartofi (PSTVd), cunoscut și sub numele de Pospiviroidae sau grupul B. ARN-ul acestor viroizi are o regiune conservată și este incapabil de auto-excizie. Principalele caracteristici ale familiilor de viroizi și ale membrilor caracterizați sunt rezumate în tabelul de mai jos [6] . Este de remarcat faptul că, pe lângă cele enumerate mai jos, au fost izolați și alți viroizi, dar aceștia așteaptă recunoașterea de către Comitetul Internațional pentru Taxonomia Virușilor (ICTV) [4] .

Analiza secvenței arată că ARN-ul membrilor familiei Pospiviroidae are 5 domenii : T L  (terminal din stânga), P (patogen), C (central), V (variabil) și T R  (terminal din dreapta). Granițele dintre aceste domenii sunt definite de o schimbare bruscă a gradului de omologie de secvență între diferiți viroizi. Anterior, se credea că aceste domenii au funcții specifice, de exemplu, domeniul P este asociat cu patogenitatea viroizilor. Cu toate acestea, mai târziu s-a dovedit că motivele care stau la baza patogenității viroizilor sunt mai complexe, iar manifestarea simptomelor bolii este în prezent asociată cu diverși factori determinanți localizați în diferite domenii. Membrii acestei familii sunt clasificați în cinci genuri, în principal pe baza prezenței secvențelor foarte conservate în domeniul C și parțial pe baza prezenței omologiilor de secvență în alte domenii [14] .

Starea taxonomică a grupului viroiz nu a fost determinată. Conform ultimei ediții (2015) a clasificării virușilor (conform Comitetului internațional pentru taxonomia virușilor ), familiile de viroizi sunt considerate printre familiile de viruși care nu aparțin unui anumit ordin . În 2016, s-a propus includerea viroizilor în regnul propus Acytota , care conține organisme vii fără celule [15] .

Clădire

ARN viroid prezintă un grad ridicat de împerechere a bazelor în întreaga moleculă. ARN-ul membrilor Pospiviroidae se pliază într-o structură asemănătoare tijei în care regiunile scurte dublu catenare sunt separate prin bucle mici monocatenar. Deși se crede că viroidul petei de avocado are, de asemenea, o structură secundară în formă de tijă , alți doi membri ai familiei Avsunviroidae , viroiul  mozaic latent al piersicii și viroidul petei clorotice ale crizantemei, au structuri secundare mai complexe, cu câteva ac de păr care se extind dinspre central ( scoarță) parte . Structura viroizilor din interiorul celulei rămâne neclară și este posibil ca ARN-urile viroizilor să adopte mai multe conformații alternative în diferite etape ale ciclului de viață [16] .

Este în general acceptat că cea mai comună și frecvent întâlnită formă de ARN viroid are o polaritate pozitivă în mod condiționat, iar catena sa complementară are o polaritate negativă. Definiția standard a polarității pentru ARN, în care lanțul care codifică proteina are polaritate pozitivă, nu este aplicabilă în cazul viroizilor, iar valorile de polaritate acceptate sunt alese arbitrar [16] .

Ciclul de viață

Plan general

Replicarea viroizilor este realizată prin mecanismul inelului de rulare , în care multimerii liniari sunt sintetizați pe ARN-ul circular folosit ca șablon. ARN polimeraza celulei gazdă sintetizează o catenă negativă complementară liniară monocatenară pe un ARN circular cu polaritate pozitivă. Deoarece nu există semnale de terminare pronunțate pentru ARN polimeraza pe șablonul de ARN, transcripția poate merge în cerc în mai multe cicluri, rezultând formarea de ARN multimeric liniar [16] .

În Avsunviroidae , aceste ARN-uri multimerice sunt mai departe tăiate în catene minus monomerice separate , care sunt închise într-un inel. Astfel de ARN-uri circulare minus servesc în continuare pentru un proces similar - sinteza ARN-ului liniar multimeric plus catenele, care sunt tăiate în monomeri care se închid într-un inel. Un astfel de ciclu poate da naștere la mai multe catene noi de ARN fiică plus din șablonul original plus, deoarece atât în ​​primul cât și în al doilea caz șablonul este transcris de mai multe ori. O astfel de replicare se numește simetrică , deoarece ambele fire plus și minus sunt replicate în același mod [16] .

Membrii familiei Pospiviroidae se reproduc într-un model similar, dar lanțurile lor minus multimerice liniare, care se formează în prima rundă de transcripție, nu sunt tăiate în monomeri, ci sunt copiate direct în lanțuri multimerice liniare plus. Acești plus-multimeri sunt tăiați în continuare în monomeri, care sunt închise într-un inel prin acțiunea enzimelor celulare, dând molecule circulare fiice de polaritate pozitivă. O astfel de replicare se numește asimetrică [16] .

Ciclul de replicare a inelului de rulare descris mai sus necesită munca a trei enzime:

1. ARN polimeraza dependentă de ARN , care sintetizează lanțuri liniare multimerice;
2. enzima de tăiere a ARN ( endoribonucleaza ), care taie lanțurile multimerice în monomeri liniari;
3. ARN ligaza , care închide monomerii liniari într-un inel [16] .

Polimerizare

Se crede că ARN polimeraza II dependentă de ADN celular (RNAPII) este implicată în replicarea Pospiviroidae , deoarece replicarea acestor viroizi este blocată la concentrații scăzute de α-amanitin , un inhibitor cunoscut al acestei enzime. Polimerizarea în Avsunviroidae necesită participarea unei alte enzime, deoarece nu este oprită de concentrații mari de α-amanitin. Dovada directă a implicării ARN polimerazei II în replicarea viroizului a fost obținută folosind metoda co- imunoprecipitării împreună cu domeniul T L al viroizului, cu toate acestea, rolul fiecăreia dintre subunitățile ARN polimerazei II în acest proces rămâne a fi stabilit [4] . Posibil, această diferență este asociată cu diferite compartimente celulare în care viroizii acestor două grupe sunt localizați: viroizii din familia Pospiviroidae sunt localizați în nucleul celulei, în timp ce Avsunviroidae  sunt localizați în cloroplastele situate în citoplasma celulei gazdă. ARN polimeraza cloroplastică este similară cu ARN polimeraza bacteriană în ceea ce privește rezistența la α-amanitin, deci este posibil ca viroizii să se replice în cloroplaste folosind ARN polimeraza cloroplastică [17] .

ARN polimerazele celulare transcriu în mod obișnuit numai modele de ADN dublu catenar în ARN. Nu este clar cum viroizii recrutează aceste ARN polimeraze și le forțează să-și folosească genomul ARN monocatenar ca șablon pentru sinteza ARN complementar. În 2011, au fost identificate originile replicării atât pentru Avsunviroidae , cât și pentru Pospiviroidae , astfel încât acest lucru poate ajuta la stabilirea mecanismului de recrutare a ARN polimerazelor celulei gazdă de către viroizi [17] .

Tăiere

Viroidii din familia Avsunviroidae își pot tăia ARN-urile multimerice liniare în monomeri liniari in vitro în absența proteinelor. O astfel de tăiere de către o moleculă de ARN în sine se numește auto-tăiere , iar moleculele de ARN capabile de auto-tăiere sunt numite ribozime , deoarece sunt capabile să prezinte activitate enzimatică în absența proteinelor [17] .

Auto-tăierea în ARN-ul Avsunviroidae este realizată printr-o structură cu cap de ciocan (numită pentru asemănarea sa), care face ca ruptura să apară la o legătură fosfodiester specifică care leagă nucleotidele ARN-ului. Au fost identificate și alte structuri de ARN auto-tăiate în ARN-uri de tip viroi satelit ( ac de păr ) și virusul hepatitei D (structură delta). Toate aceste structuri se rup prin împerechere cu baze în altă parte a moleculei de ARN. Sa demonstrat că aceste structuri sunt capabile să formeze monomeri din multimeri atât in vitro , cât și in vivo . Auto-tăierea are loc printr-un atac nucleofil efectuat de 2’- hidroxilul nucleotidului situat la locul de rupere. Ca rezultat, se formează fosfatul 2’,3’-ciclic pe o parte a rupturii , iar pe cealaltă parte se formează 5’-hidroxil liber [17] .

Nu se știe cum sunt tăiate firele multimerice plus ale Pospiviroidae în monomeri : nu s-a dovedit a fi capabile de auto-tăiere. S-a sugerat că enzimele celulare pot fi utilizate în acest scop [18] . în special, se crede că multimerul poate fi tăiat în plus-monomeri de către RNaza III . În 2015, a fost demonstrat efectul proteinei Dicer -like 4 (DCL4), o proteină vegetală cunoscută cu activitate RNază III, asupra acumulării virusului tuberculului fusului de cartofi în tutun Nicotiana benthamiana [4] .

Ligare

Ligarea în viroidul mozaic latent al piersicii (un membru al familiei Avsunviroidae , localizat în cloroplaste) poate avea loc fără implicarea proteinelor celulei gazdă. S-a demonstrat că monomerii liniari care rezultă din autotaierea moleculelor multimerice prin structura capului de ciocan sunt capabili de auto-ligare in vitro , formând legături 3'→5'-fosfodiester. Din acest motiv, se presupune că viroizii din familia Avsunviroidae necesită doar ARN polimeraza din celula gazdă pentru replicare, deoarece sunt capabili de auto-tăiere și autoligatură fără ajutorul proteinelor [18] .

În schimb, viroizii Pospiviroidae necesită enzime ale celulei gazdă pentru a efectua toate etapele ciclului de viață: polimerizare, tăiere și ligatură. S-a demonstrat că ARN-ligaza de răsad de grâu, implicată în splicing -ul intronilor de ARNt , poate închide monomerii liniari ai viroizului tuberculului fusului de cartof într-un inel. Această enzimă, care formează legături 3’→5’-fosfodiester, este localizată în nucleu, ceea ce o face un candidat logic pentru rolul enzimei care realizează ligarea ARN în Pospiviroidae [18] . Cu toate acestea, s-a dovedit că chiar și o singură RNază este capabilă să închidă monomerii acestui viroid într-un inel în condiții in vitro . Un alt posibil candidat pentru rolul unei enzime de ligatură în ciclul de viață al viroizilor este ADN ligaza 1; este posibil ca în acest caz trecerea enzimei care lucrează cu ADN-ul la ARN să aibă loc din nou [4] .

Patogenitate

Modalități de infecție și simptome

Cel mai probabil mod de transmitere a viroizilor este transmiterea prin deteriorare mecanică. Acest mecanism de transmitere este larg răspândit printre agenții patogeni ai plantelor. Agentul infecțios pătrunde într-o plantă neinfectată prin contact direct cu o plantă infectată, folosind unelte de grădină contaminate, prin semințe , polen sau prin insecte vectori ( afide sau bondari , dar această metodă de transmitere pare îndoielnică). Viroidul fusului de cartofi este, de asemenea, suspectat a fi transmis împreună cu virusul frunzelor de cartofi (genul Polerovirus din familia Luteoviridae ). În acest caz, viroidul poate fi închis într-o capsidă virală, astfel încât să se formeze o particulă virală care conține viroidul în interior. Acest lucru facilitează foarte mult răspândirea viroizului și complică controlul răspândirii acestuia [4] .

Odată ajunsi într-o nouă plantă, viroizii încep să se replice și să se înmulțească, trecând la alte celule prin punți intercelulare ( plasmodesmate ). În cazul infecțiilor cu viroizi, se observă o varietate de simptome care pot afecta atât întreaga plantă în ansamblu, cât și organele individuale: frunze , fructe , flori , rădăcini , organe de depozitare. Astfel de simptome includ decolorarea frunzelor, nanismul, apariția de pete portocalii, creșterea formării fructelor, dintre care doar câteva se coc, etc. [ 18] Gazdele pot fi plante erbacee și lemnoase, plante de cultură legumicole și ornamentale . Unele plante pot servi ca purtători asimptomatici ai viroizilor. De exemplu, viroiul tuberculului fus de cartof se găsește în principal în plantele ornamentale din familiile Solanaceae, Norichnikovye (Scrophulariaceae ) și Asteraceae ( Asteraceae ) , în care nu provoacă niciun simptom, dar provoacă o boală gravă la roșii și cartofi. Este posibil ca adaptarea viroizului la gazde asimptomatice să determine mici modificări ale secvenței sau structurii sale, care au crescut semnificativ severitatea simptomelor [4] .

Fundamentele patogenității

În ciuda simplității lor extreme de structură, bolile plantelor cauzate de viroizi sunt la fel de variate ca și cele cauzate de virușii plantelor. Deoarece viroizii nu codifică proteine, efectul lor asupra plantei trebuie să fie rezultatul unei interacțiuni directe între ARN viroid și conținutul celulei gazdă. O analiză a himerelor moleculare construite din viroizi din familia Pospiviroidae cu severitate diferită a patogenității a arătat că severitatea simptomelor bolii depinde de interacțiuni complexe care implică trei dintre cele cinci domenii de ARN viroid. Modificările secvenței de nucleotide în domeniul patogenității (P) pot modifica infectia viroizului și severitatea simptomelor. De exemplu, unele mutații care îmbunătățesc împerecherea bazelor în acest domeniu reduc severitatea simptomelor [18] .

Mecanismul molecular prin care viroizii provoacă boli la plante rămâne neclar. S-a propus că primele ținte ale viroizului sunt atât acizii nucleici , cât și proteinele celulei gazdă. Genomul unor virozi conțin regiuni care sunt complementare unor ARN celular. În acest sens, se presupune că boala începe din cauza inhibării funcțiilor acestor ARN celulari sau a tăierii lor, dirijată de ARN viroid (de exemplu, trans -tăiere cu o structură de ciocan). De exemplu, secvența unei părți a ARN-ului viroizului fusului de cartofi are asemănări cu secvența ARN-ului U1 de mamifer (acest ARN este implicat în splicing), iar unii viroizi se pot asocia în mod complementar cu ARNr 7S . Cu toate acestea, este dificil de explicat modul în care o modificare a câtorva nucleotide poate transforma un viroid foarte patogen într-unul slab, deoarece aceste modificări nu sunt de obicei localizate la locurile care se presupune că se hibridizează cu ARN-urile celulare [18] .

Patogenitatea viroizilor poate fi, de asemenea, rezultatul mimetismului la nivel molecular. Datorită particularităților structurii sau secvenței nucleotidelor, ARN viroid poate înlocui o parte din ARN celular. Astfel, s-au găsit omologii între viroiul tuberculului fusului de cartof și intronii grupului I , precum și ARN-ul U3B implicat în splicing-ul ARN. Prin urmare, ARN-urile viroizilor pot interfera cu splicing prin înlocuirea ARN-urilor celulare funcționale în complexele de splicing [18] .

Interferența ARN poate fi, de asemenea, implicată în patogenia viroizilor . Plantele folosesc mecanisme de tăcere ARN pentru a proteja împotriva infecțiilor virale. Enzimele celulare pot recunoaște ARN-uri străine dublu-catenar sau ARN-uri monocatenar cu o structură spațială dezvoltată și le pot tăia în ARN-uri interferente mici (siRNAs) lungi de 21-26 de nucleotide. La plantele infectate, s-au identificat ARN-uri mici identice cu regiunile ARN-ului viroid și s-a demonstrat că aceste ARNsi s-au format ca urmare a activității enzimelor celulare după penetrarea virusului. Dezvoltarea simptomelor unei infecții viroide se poate datora activării sau scăderii genelor țintă celulare sub acțiunea siRNA, dar până acum nu au fost identificate gene țintă specifice [19] .

Pe de altă parte, este posibil să existe proteine ​​din celulele gazdă care recunosc și interacționează cu diferite structuri viroide. Protein kinaza dependentă de ARN-ul dublu catenar (PKR) de mamifere este activată de viroiul tuberculului fusului de cartof, iar structura sa secundară seamănă cu cea a ARN-ului dublu catenar. S-a demonstrat o relație între nivelul de activare a acestei enzime și severitatea simptomelor bolii în plantă. PKR activat fosforilează subunitatea alfa a factorului de inițiere a sintezei proteinelor eucariote ( eIF2 ), ducând la inhibarea sintezei proteinelor în celulă. Activarea PKR omologul plantei poate declanșa patogenia viroizelor , deoarece în celulele de mamifere activitatea PKR este indusă de interferoni și activată de ARN-ul dublu catenar [18] .

Dezvoltarea unei infecții virotice poate depinde, de asemenea, de alte proteine ​​ale celulei gazdă. Interacțiunea proteinelor celulare cu viroizi este extrem de complexă deoarece rata mare de mutație a viroizilor poate avea un efect semnificativ asupra secvenței și/sau structurii lor genomice. În 2003, a fost descoperită o proteină care conține bromodomenii de 65 kDa ( VIRP1 /BRP1) care are un domeniu de legare a ARN și un semnal de localizare nucleară presupus (NLS). Această proteină poate interacționa cu domeniul TR al viroizului tuberculului fusului de cartofi (PSTVd) și, într-o măsură mai mică, viroizului stunt al hameiului (HSVd). S-a demonstrat că la plantele de tutun N. benthamiana și N. tabacum , în care expresia VIRP1 a fost suprimată, infecția nu s-a dezvoltat de la PSTVd ​​​​și citrus exocortis viroid (CEVd). Aceste date, precum și localizarea nucleară a proteinei, sugerează rolul său posibil în livrarea viroizului către nucleu. Un alt exemplu interesant de interacțiune a unui viroid cu proteinele celulei gazdă este interacțiunea cu o proteină floem foarte numeroasă care conține un domeniu de legare a ARN, PP2, o lectină de 49 kDa . Această proteină interacționează cu diferite molecule de ARN, inclusiv HSVd (atât in vitro , cât și in vivo ); se presupune că este implicat în mişcarea viroizilor pe distanţe mari. O proteină înalt structurată de 30 kDa descoperită recent, Nt-4/1, poate influența acumularea și translocarea PSTVd. Trebuie remarcat faptul că interacțiunea directă a viroizilor cu proteine ​​precum histonele , TFIIA și eIF1A implică viroizi în reglarea cromatinei , transcripție și translație a proteinelor celulei gazdă [4] .

În 2016, s-a dovedit că viroiul stunt al hameiului (HSVd) provoacă demetilarea genelor ARNr în celulele frunzelor de castravete , determinând producția crescută de ARNr. Simptomele se manifestă nu numai în structura sporofitului , ci și în gametofit [20] .

Tabelul de mai jos enumeră pe scurt datele disponibile despre interacțiunea viroizilor cu proteinele celulei gazdă [4] .

Protecție încrucișată

Fenomenul de protecție încrucișată are loc între diferite tulpini ale aceluiași viroid sau viroizi cu secvențe genomice foarte asemănătoare. O plantă infectată cu un viroid împiedică un alt viroid să se reproducă și să provoace boli. Acest lucru este similar cu interferența virală, în care prezența unui virus într-o celulă inhibă replicarea altui virus. Mecanismul de protecție încrucișată la viroizi este necunoscut. Conform unei ipoteze, este necesar un factor limitat al celulei gazdă pentru replicare, transport de la celulă la celulă și acumulare. Afinitatea diferită a ARN-urilor viroizilor pentru acest viroid poate determina care dintre viroizii care intră în celulă în același timp va predomina; în plus, interacțiunea ARN viroid cu acest factor poate determina patogenitatea acestuia [21] .

Diagnosticare

Prima metodă utilizată pentru identificarea rapidă (în decurs de două până la trei zile) a plantelor infectate cu viroizi a fost electroforeza pe gel de poliacrilamidă (PAGE). Deoarece este singura metodă de diagnosticare care nu necesită cunoașterea secvenței genomului viroiz, PAGE în condiții de denaturare este încă principala metodă de identificare a noilor viroizi. De la începutul anilor 1980, petele de hibridizare au fost utilizate în mod activ pentru identificarea de rutină , care a înlocuit treptat PAGE. Aproximativ 10 ani mai târziu, reacția în lanț a polimerazei cu transcripție inversă a început să fie utilizată pentru a lucra cu viroizi [22] [23] .

Unii agenți de tip viroid

ARN-uri satelit asemănătoare viroizilor din plante

ARN-urile satelit de plante sunt mici ARN-uri monocatenar care depind de un virus auxiliar pentru replicare și capsidizarea capsidei, dar cu care au puțină sau deloc asemănarea secvenței. Mai mult, ARN-urile satelit nu sunt necesare pentru replicarea virusului helper și majoritatea nu codifică nicio proteină. ARN-urile satelit pot fi liniare sau circulare. La fel ca viroizii, ARN-urile satelit au o structură mare de împerechere a bazelor. Spre deosebire de viroizi, ei au o capsidă și, prin urmare, pot fi transmise mai eficient de la plantă la plantă. Mai mult decât atât, ca și Avsunviroidae , toate ARN-urile satelit circulare, asemănătoare viroizilor, au structuri în ac de păr și ciocan care catalizează scindarea ARN-urilor multimerice în monomeri în timpul replicării inelului de rulare [21] .

O serie de virusuri vegetale care conțin ARN susțin replicarea ARN satelit, probabil prin furnizarea propriei lor polimeraze ARN dependente de ARN pentru replicarea ARN satelit și proteine ​​capside pentru formarea capsidei ARN satelit. Prezența ARN-urilor satelit poate influența replicarea virusului auxiliar corespunzător și poate modula simptomele bolii pe care o provoacă. Judecând după asemănările existente, viroizii și ARN-urile satilitice asemănătoare viroizilor au provenit dintr-un strămoș comun [21] .

Virusul hepatitei delta

Virusul hepatitei delta (HDV) este un agent patogen uman unic care împărtășește o serie de caracteristici comune cu viroizii plantelor și ARN-urile satelit asemănătoare viroizilor. S-a sugerat că HDV a evoluat dintr-un ARN primitiv asemănător viroizului prin absorbția transcriptului celular. Acest agent patogen transmis prin sânge se repetă în ficat și provoacă frecvent hepatită fulminantă la primate și alte mamifere. Virusul hepatitei delta poate fi, de asemenea, asociat cu dezvoltarea cancerului hepatic . Se găsește numai în prezența virusului hepatitei B și folosește proteina de acoperire a virusului hepatitei B (S - antigen ) pentru a-și împacheta genomul ARN. Deoarece virusul hepatitei delta necesită o proteină virală pentru ambalare, este considerat un ARN satelit al virusului hepatitei B. La nivel mondial, peste 15 milioane de oameni sunt infectați cu acest agent patogen, astfel încât hepatita cauzată de virusul hepatitei delta este o problemă gravă de sănătate publică [21]. ] .

Retrozime

Retrozimele sunt un grup de retrotranspozoni mici, neautonomi, distribuiti în genomul plantelor și care conțin o ribozimă tip ciocan. O retrozimă este o moleculă de ARN auto-extractabilă care conține două regiuni terminale lungi de repetări de aproximativ 300 bp lungime, fiecare dintre ele conține o ribozimă cap de ciocan. Ei sunt responsabili pentru capacitatea de a se auto-taie, mediand excizia unei molecule de ARN cu o lungime de 600 până la 1000 bp, care nu codifică proteine. Retrozimele sunt transcrise activ, dând naștere la o varietate de molecule de ARN liniare și circulare, care se acumulează diferit în diferite țesuturi ale plantelor și în diferite stadii de dezvoltare. Secvențele de retrozime sunt extrem de variabile și nu prezintă nicio omologie în afară de prezența ribozimelor și a repetărilor terminale care sunt comune tuturor retrotranspozonilor. Retrozimele dau naștere la ARN de polaritate diferită, ceea ce confirmă prezența replicării ARN cu inel rulant, cum ar fi la viroizi. Funcțiile retrozimelor în genomul plantelor sunt necunoscute [24] .

Viroidii și ipoteza lumii ARN

Diener a sugerat în 1989 că proprietățile unice ale viroizilor le fac mai mult ca „fosile vii” dintr-o lume ipotetică precelulară a ARN decât intronii sau alte ARN-uri [25] . În acest caz, viroizii, pe lângă virologia plantelor, sunt, de asemenea, importanți pentru biologia evoluționistă , deoarece proprietățile lor îi fac mai asemănători, în comparație cu alte ARN-uri moderne, cu acei ARN-uri care au fost un pas cheie în tranziția de la materia neînsuflețită la cea vie ( abiogeneza ). Aceste proprietăți ale viroizilor sunt:

1. Viroidii sunt foarte mici, facand replicarea mai usoara;
2. ARN viroid are un conținut ridicat de guanină (G) și citozină (C), ceea ce crește stabilitatea și acuratețea replicării acestora;
3. Structura inelului, care permite replicarea să aibă loc complet în absența secvențelor de tag;
4. Existența periodicității în structură, care le permite să fie asamblate ca unități modulare în genomi mai mari;
5. Viroidii nu codifică proteine, făcându-le posibilă existența într-un mediu fără ribozomi ;
6. La unele virozi, ribozimele, elemente caracteristice lumii ARN, sunt implicate în replicare.

Ipoteza lui Diener a fost uitată până în 2014, când Flores și colegii în recenzia lor au publicat dovezile acestei ipoteze enumerate mai sus [26] .

Înțeles

Cauzând boli în culturile și plantele ornamentale importante din punct de vedere economic, viroizii au un impact major asupra agriculturii globale. Până în prezent, bolile viroide sunt comune pe toate continentele, unde au semnificații diferite în funcție de planta gazdă și de măsurile fitosanitare locale. În 2014, Organizația Europeană-Mediteraneană pentru Protecția Plantelor a enumerat trei specii de viroizi din familia Pospiviroidae ca agenți patogeni ai plantelor care necesită carantină : viroiul kadang-kadanga de palmier de cocos, viroidul pitic crizantemă și viroidul tuberculului fusului de cartofi. O altă specie, viroiul pitic apical al tomatei, se află pe lista agenților patogeni de mare îngrijorare [4] .

În prezent, viroizii sunt folosiți pentru a studia relațiile evolutive dintre genomul ARN și ADN. De asemenea, sunt molecule biologice ideale pentru studiul relațiilor dintre structura și funcțiile moleculelor de ARN [27] . Viroidul nanismului de crizantemă poate fi folosit pentru a modela bolile viroizilor pentru a le studia și a dezvolta metode de control. Poate fi introdus rapid și ușor în celulele frunzelor de crizantemă cu ajutorul agrobacteriilor [28] . Viroidul tuberculului fusului de cartofi este folosit în mod obișnuit ca sistem experimental model pentru viroizii din familia Pospiviroidae , iar viroidul vinete latent asimptomatic este poate cel mai potrivit pentru studierea viroizilor din familia Avsunviroidae [29] .

Note

1. ↑ Din 1998, Viroids nu este un taxon valid în conformitate cu ICTV , dar este folosit de acesta ca un nume comun pentru un grup de particule subvirale [clauzele 3.26 și 3.27 din Codul internațional de clasificare și nomenclatură a virusurilor  (engleză) ].
2. ↑ Taxonomia Virușilor  pe site-ul web al Comitetului Internațional pentru Taxonomia Virușilor (ICTV) .
3. ↑ 1 2 Pommerville, Jeffrey C. Fundamentals of Microbiology  (nedefinite) . — Burlington, MA: Jones și 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. Infectious long non-coding ARNs.  (engleză)  // Biochimie. - 2015. - doi : 10.1016/j.biochi.2015.05.005 . — PMID 25986218 .
5. ↑ 1 2 Willey și colab., 2009 , p. 105-106.
6. ↑ 12 Acheson , 2011 , p. 379.
7. ↑ Potato Spindle Tuber  // Instructor pentru sănătatea plantelor. - 2009. - ISSN 1935-9411 . - doi : 10.1094/PHI-I-2009-0804-01 .
8. ^ ARS Research Timeline - Tracking the Elusive Viroid ( 2 martie 2006). Consultat la 18 iulie 2007. Arhivat din original pe 6 iulie 2007. (nedefinit)
9. ↑ Diener TO Potato spindle tuber "virus". IV. Un ARN replicat, cu greutate moleculară mică.  (engleză)  // Virologie. - 1971. - Vol. 45, nr. 2 . - P. 411-428. — PMID 5095900 .
10. ↑ Sanger HL , Klotz G. , Riesner D. , Gross HJ , Kleinschmidt AK Viroidii sunt molecule de ARN circular închise covalent, monocatenar, care există ca structuri asemănătoare tijelor cu perechi de baze.  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1976. - Vol. 73, nr. 11 . - P. 3852-3856. — PMID 1069269 .
11. ↑ Sogo JM , Koller T. , Diener TO Potato spindle tuber viroid. X. Vizualizarea și determinarea mărimii prin microscopie electronică.  (engleză)  // Virologie. - 1973. - Vol. 55, nr. 1 . - P. 70-80. — PMID 4728831 .
12. ↑ Gross HJ , Domdey H. , Lossow C. , Jank P. , Raba M. , Alberty H. , Sänger HL Secvența de nucleotide și structura secundară a viroizului tuberculului fusului de cartofi.  (engleză)  // Natură. - 1978. - Vol. 273, nr. 5659 . - P. 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 Starea actuală a taxonomiei viroizilor  // Arhivele de virologie. - 2014. - 13 septembrie ( vol. 159 , nr. 12 ). - S. 3467-3478 . — ISSN 0304-8608 . - doi : 10.1007/s00705-014-2200-6 .
14. ↑ Acheson, 2011 , p. 379-380.
15. ↑ Trifonov EN , Kejnovsky E. Acytota - regatul asociat al vieții neglijate.  (engleză)  // Jurnal de structură și dinamică biomoleculară. - 2016. - Vol. 34, nr. 8 . - P. 1641-1648. - doi : 10.1080/07391102.2015.1086959 . — PMID 26305806 .
16. ↑ 1 2 3 4 5 6 Acheson, 2011 , p. 380.
17. ↑ 1 2 3 4 Acheson, 2011 , p. 381.
18. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Acheson, 2011 , p. 382.
19. ↑ Acheson, 2011 , p. 382-383.
20. ^ Castellano M. , Martinez G. , Marques MC , Moreno-Romero J. , Köhler C. , Pallas V. , Gomez G. Modificări ale modelului de metilare ADN al gametofitului masculin gazdă al plantelor de castraveți infectate cu viroid.  (engleză)  // Jurnal de botanică experimentală. - 2016. - doi : 10.1093/jxb/erw353 . — PMID 27697787 .
21. ↑ 1 2 3 4 Acheson, 2011 , p. 383.
22. ↑ Owens RA , Sano T. , Duran-Vila N. Plant viroids: isolation, characterization/detection, and analysis.  (engleză)  // Metode în biologie moleculară (Clifton, NJ). - 2012. - Vol. 894.-P. 253-271. - doi : 10.1007/978-1-61779-882-5_17 . — PMID 22678585 .
23. ↑ R.A. Mumford, K. Walsh și N. Boonham. O comparație a metodelor moleculare pentru detectarea de rutină a viroizilor .
24. ↑ Cervera A. , Urbina D. , de la Peña M. Retrozimele sunt o familie unică de retrotranspozoni neautonomi cu ribozime cap de ciocan care se propagă în plante prin ARN-uri circulare.  (engleză)  // Biologia genomului. - 2016. - Vol. 17, nr. 1 . - P. 135. - doi : 10.1186/s13059-016-1002-4 . — PMID 27339130 .
25. ↑ Diener TO ARN circulare: relicve ale evoluției precelulare?  (engleză)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1989. - Vol. 86, nr. 23 . - P. 9370-9374. — PMID 2480600 .
26. ↑ Flores R. , Gago-Zachert S. , Serra P. , Sanjuán R. , Elena SF Viroids: survivors from the ARN world?  (Engleză)  // Revizuirea anuală a microbiologiei. - 2014. - Vol. 68. - P. 395-414. - doi : 10.1146/annurev-micro-091313-103416 . — PMID 25002087 .
27. ↑ Acheson, 2011 , p. 385.
28. ↑ Nabeshima T. , Doi M. , Hosokawa M. Agrobacterium-mediated inoculation of chrysanthemum (Chrysanthemum morifolium) plants with chrysanthemum stunt viroid.  (engleză)  // Jurnal de metode virologice. - 2016. - Vol. 234. - P. 169-173. - doi : 10.1016/j.jviromet.2016.05.001 . — PMID 27155239 .
29. ↑ Daròs JA Viroidul latent al vinetelor: un sistem experimental prietenos în familia Avsunviroidae.  (Engleză)  // Patologia moleculară a plantelor. - 2016. - Vol. 17, nr. 8 . - P. 1170-1177. - doi : 10.1111/mpp.12358 . — PMID 26696449 .

Literatură

• Nicholas H. Acheson. Fundamentele virologiei moleculare . - Ediția a II-a .. - WILEY (John Wiley & Sons, Inc.), 2011. - P.  379 -383. — 528 p. - ISBN 978-0-470-90059-8 .
• Joanne M. Willey, Linda M. Sherwood, Christopher J. Woolverton. Principiile Microbiologiei lui Prescott . — Ediția I. - McGraw-Hill Higher Education, 2009. - P.  105-106 . — 968 p. - ISBN 978-0-07-337523-6 .

Dicționare și enciclopedii	Mare catalană Britannica (online) Universalis
Taxonomie	EOL NCBI
În cataloagele bibliografice	GND : 4188394-9 J9U : 987007541295405171 LCCN : sh85143797 NDL : 00576103 NKC : ph656352