TOBAKSMOSAIKVIRUS: EGENSKABER, STRUKTUR, REPLIKATION - BIOLOGI - 2025

Den virus af mosaik af snus (TMV, af den engelske Tobacco Mosaic Virus) er en plante RNA-virus, der forårsager fremkomsten af brune pletter på bladene af planter snus og andre afgrøder af økonomisk interesse såsom tomater og andre Solanaceae.

Navnet stammer fra mønsteret med pletter, som det forårsager i inficerede planter, som beskrives som en "mosaik". Det er den første virus, der blev identificeret og beskrevet i naturen, begivenheder, der fandt sted mellem slutningen af ​​1800-tallet og begyndelsen af ​​1900-tallet, det vil sige mere end et århundrede siden.

Elektronmikrograf af tobaksmosaikvirus (Kilde: Ingen maskinlæsbar forfatter leveret. Chb antaget (baseret på ophavsretskrav). / Public domain, via Wikimedia Commons)

Det anslås, at tabet af tobak forårsaget af tobaksmosaikvirus er omkring 1%, da flere og mere resistente planter dyrkes. Imidlertid lider andre afgrøder, såsom tomater, tab på mere end 20% på grund af sygdommen forårsaget af TMV.

Et af de største agronomiske problemer i forbindelse med denne virus har at gøre med det faktum, at den kan leve, selv når planten, der er vært for, dør, og at den desuden understøtter høje temperaturer, så dens eliminering fra en afgrøde eller fra anlæggene i et drivhus er ganske udfordrende.

Ikke desto mindre har tobaksmosaikvirus vist sig at være meget nyttigt som:

- Symbolisk og didaktisk model for at afsløre de væsentlige egenskaber, der definerer vira

- Prototype til undersøgelse af biologien hos parasitværtsplanter, især tobak

- Værktøj til undersøgelse af interaktion mellem patogen-vært og handel med celler

- Bioteknologisk værktøj til ekspression af proteiner af farmaceutisk interesse i tobak.

Opdagelse

Siden identificeringen havde tobaksmosaikvirus en transcendental rolle i oprettelsen af ​​virologiområdet, da det var den første virus, der blev identificeret og beskrevet i historien.

Det hele startede i 1879, da den tyske landbrugskemiker Adolf Meyer viet sig til undersøgelsen af ​​nogle sygdomme, der påvirkede tobak.

Denne videnskabsmand demonstrerede, at en sygdom, der forårsagede forekomsten af ​​pletter på tobaksblade, kunne overføres fra en syg plante til en sund, bare ved at gnide sidstnævnte blade med et ekstrakt af førstnævnte.

Meyer kaldte dette "mosaiksygdom af tobak" og antydede oprindeligt, at det etiologiske middel (det, der producerede det) var af bakteriel oprindelse, skønt han ikke kunne isolere det eller dyrke det eksperimentelt in vitro.

Struktur af tobaksmosaikvirus. 1) Enkeltstrenget RNA, 2) Capsomer eller protomer, underenhed af capsid-CP-proteinet, og 3) Capsid-struktur (Kilde: Y_tambe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/ 3.0) via Wikimedia Commons)

Opdagelse af den første virus

Kredit for opdagelsen af ​​de virale partikler går til Dmitry Ivanovsky, en russisk mikrobiolog, der undersøgte tobaksmosaiksygdommen mellem 1887 og 1890 og fandt, at sygdommens årsagsmiddel var så lille, at den kunne passere gennem de små porer af et porcelænsfilter, hvor bakterier ikke kunne passere.

Med denne begivenhed bestemte Ivanovsky, at sygdommen skyldtes en "filtrerbar virus", idet han tog udtrykket "virus" fra det latinske ord for "gift."

Ivanovskys værker blev senere bekræftet, i 1895, af nederlenderen Willem Beijerinck, der demonstrerede den serielle transmission af virussen (fra plante til plante) ved hjælp af den filtrerede sap af syge planter.

Beijerincks arbejde tjente også til at bevise, at det ikke blot var et kemisk toksin, men snarere et levende middel, der var i stand til selvreplikation.

Mellem 1927 og 1931 koncentrerede to forskere fra Boyce Thompson Institute i Philadelphia, Vinson og Petri, virussen ved præcipitation ved hjælp af de metoder, der blev anvendt til proteinoprensning.

Senere, i 1935, rensede Stanley virussen og formåede at krystallisere meget aktive og infektiøse nåleformede partikler, hvilket markerede en hidtil uset begivenhed, hvor en "levende" enhed kunne forekomme i en krystallinsk tilstand.

År senere, med samarbejde og arbejde fra adskillige videnskabsmænd, blev det bestemt, at tobaksmosaikvirus var et RNA-virus med et enkelt bånd med et glødende udseende eller morfologi.

egenskaber

- Det er et RNA-virus med et enkeltbånd, hvis virioner eller virale partikler er stavformet

- Dets genom såvel som de fleste vira er beskyttet af en proteincoat

- Det hører til Virgaviridae-familien og Tobamovirus-slægten

- Det inficerer tobaksplanter og også nogle beslægtede planter, især natskygger (kartoffel, tomat, aubergine osv.), Hvilket tilføjer mere end 200 mulige værter

- Det er ekstremt stabilt og kan forblive på forskellige overflader i lang tid

- I inficerede planter akkumuleres denne virus i betydeligt høje titere

- De symptomer, det forårsager i syge planter, er mærkbare og lette at identificere

Struktur

Tobaksmosaikvirus er som nævnt et enkeltstrenget (enkeltstrenget) RNA-virus, hvis virale partikler er stavformet.

Generaliseret skema med strukturen af ​​tobaksmosaikvirus, TMV (Kilde: TMV_Structure.png: Graham Colm Talk) Den oprindelige uploader var GrahamColm på engelsk Wikipedia.derivativt arbejde: Arnaugir / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Proteindækning

Den karakteristiske struktur for hver viruspartikel er givet af en proteincoat dannet af en højrehåndet helix af underenheder af et protein kendt som "coat protein".

Denne konvolut har ca. 2.130 proteinunderenheder, som oversættes til en viral partikel med en gennemsnitlig størrelse på 300 nm i længden, en diameter på 18 nm og et hult centrum på 2 nm i radius, hvor genomet optager en radius tæt på 4 nm.

Udsigt over TMV-proteincoat (Kilde: Aflejringsforfattere: Stubbs, G., Pattanayek, R., Namba, K.; Visualiseringsforfatter: Bruger: Astrojan / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by /4.0) via Wikimedia Commons)

Genome

Genomisk RNA er klemt fast mellem de efter hinanden følgende drejninger af helixen, der udgør konvolutten, og sammenføjning af tre af dets nukleotider til hver proteinsubenhed og således forbliver fuldstændigt dækket af protein.

Dette genom er 6.395 nukleotider langt og har en inverteret 7-methyl-guanosin "hætte" bundet til dens 5'-ende via en triphosphatbinding.

Informationen kodet i TMV-genomet svarer til 4 gener, der koder for 4 forskellige produkter:

- To proteiner forbundet med replikation, den ene på 126 kDa og den anden på 183 kDa, direkte oversat fra RNA for virussen

- Et bevægelsesprotein (MP, fra det engelske bevægelsesprotein) og et struktur- eller lagprotein (CP, fra det engelske coatprotein), som er oversat fra "subgenomiske" RNA'er

En vellykket TMV-infektion involverer samarbejdet mellem disse fire multifunktionelle produkter med mange af de cellulære komponenter i værtsplanten, især cellemembranen og cytoskelettet.

Replikation

For at forstå replikationsmekanismen for TMV er det nødvendigt at forstå nogle aspekter af infektion med denne virus.

Første infektion

TMV trænger kun ind i en plante gennem mekaniske sår, der midlertidigt "åbner" plasmamembranen eller forårsager pinocytosehændelser.

Infektion kan forekomme fra sår forårsaget af håndtering med inficerede hænder og gennem inficerede beskæringsinstrumenter osv., Men overføres sjældent af insekter.

En gang i cytosolen adskilles og frigøres de virale partikler deres genomiske RNA, som genkendes af cellen som sit eget RNA og oversættes af specialiserede cytosoliske enzymer til dette formål.

Methylguanosin “hætte” af det TMV genomiske RNA er yderst vigtigt for denne proces, da det formår at “omgå” cellens “overvågning” -system og fremme dets interaktion med andre cellulære komponenter.

Antallet af samlede virale partikler øges hurtigt, og disse kan forlade den inficerede celle og inficere andre naboceller gennem plasmodesmata, som er "kanaler", der forbinder cytosolen i en celle med cellerne der omgiver den.

Til sidst når virale partikler plantens translokationssystem, det vil sige xylem og floem, og spredes således over hele planten.

Hvordan er replikeringsprocessen?

Tobaksmosaikvirus bruger sit genom som en skabelon til at syntetisere negative komplementære strenge, der tjener som en skabelon til syntesen af ​​et stort antal positive strenge.

Disse skabeloner bruges også til syntese af "subgenomiske" messenger-RNA'er, der indeholder de åbne læserammer for MP- og CP-proteinerne.

De to replikationsassocierede proteiner, der er kodet i TMV genomisk RNA, har methyltransferase-, helikase- og RNA-afhængige RNA-polymerasedomæner.

Replikation ser ud til at forekomme i et kompleks, der er forbundet med den endoplasmatiske retikulummembran, der indeholder disse proteiner, bevægelsesprotein (MP), viralt RNA og andre planteværtsproteiner.

Symptomer

Symptomer på tobaksmosaikvirus varierer meget fra en planteart til en anden. Med andre ord afhænger de betydeligt af typen af ​​værtsplante og desuden af ​​virusstammen, plantens genetiske "baggrund" og de miljøforhold, hvor den findes.

Fotografi af bladet af en tobaksplante inficeret med TMV (Kilde: RJ Reynolds Tobacco Company Slide Set / Public domain, via Wikimedia Commons)

Symptomerne vises normalt omkring 10 dage efter den første infektion, og disse er:

- Udseende af brune eller gulaktige pletter med en mosaiklignende matron på bladene

- Nekrose

- Stunted vækst

- Blade krøller

- Gulfarvning af væv

- Lavt udbytte i frugtproduktion og endda udseende af beskadigede og deformerede frugter

- Forsinkelse af modningen af ​​frugterne

- Farven på frugterne er ikke ensartede (især i tomat)

Referencer

1. Butler, PJG (1999). Selvmontering af tobaksmosaikvirus: rollen som et mellemliggende aggregat i at generere både specificitet og hastighed. Filosofiske transaktioner fra Royal Society of London. Serie B: Biologiske videnskaber, 354 (1383), 537-550.
2. Liu, C., & Nelson, RS (2013). Cellebiologien for tobaksmosaikvirusreplikation og -bevægelse. Grænser inden for plantevidenskab, 4, 12.
3. Mphuthi, P. (2017). Tobaksmosaisk virussymptomer, transmission og håndtering. Farmer's Weekly, 2017 (17014), 60-61.
4. Rifkind, D., & Freeman, G. (2005). Nobelprisvindende opdagelser i infektionssygdomme. Elsevier.
5. Scholthof, KBG (2000). Lektioner i plantepatologi: tobaksmosaikvirus. Plantesundhedsinstrument.
6. Scholthof, KBG (2004). Tobaksmosaikvirus: et modelleringssystem for plantebiologi. Annu. Pastor Phytopathol., 42, 13-34.