Вирус хлоротической крапчатости вигны
| Вирус хлоротической крапчатости вигны | |
|---|---|
| |
Классификация вирусов 
| |
| (без рейтинга): | Вирус |
| Область : | Рибовирия |
| Королевство: | Орторнавиры |
| Тип: | Китриновирикота |
| Сорт: | Алсувирицетес |
| Заказ: | Мартелливиралес |
| Семья: | Бромовирусиды |
| Род: | Бромовирус |
| Разновидность: | Вирус хлоротической крапчатости вигны
|
Вирус хлоротичной крапчатости вигны , известный под аббревиатурой CCMV, представляет собой вирус , специфически поражающий растение вигны, или черноглазого гороха . На листьях зараженных растений появляются желтые пятна, отсюда и название «хлоротичный». Подобно своему «братскому» вирусу, вирусу мозаики вигны (CPMV), CCMV вырабатывается в растениях с высоким выходом. В естественном хозяине вирусные частицы могут образовываться в концентрации 1–2 мг на грамм зараженной ткани листа. Вирус хлоротичной крапчатости вигны (CCMV), принадлежащий к роду бромовирусов, представляет собой небольшой сферический вирус растений. Другие представители этого рода включают вирус бромной мозаики (BMV) и вирус крапчатости бобов (BBMV).
История
[ редактировать ]Бэнкрофт и др. в 1967 году описал первые эксперименты по выделению и характеристике вируса. С тех пор, из-за относительной легкости, с которой его выращивают и выделяют, многие исследователи сосредоточили свое внимание на вирусе. Интерес научного сообщества к этому вирусу обусловлен еще и примечательным свойством: вирус можно разобрать и удалить генетический материал — РНК. Тогда при слабокислом рН и относительно большом количестве солей можно стимулировать самосборку белковых субъединиц в оболочку идентичного размера вирусу. В результате получается пустой капсид, обладающий рядом интересных свойств. Сообщается о нескольких успешных попытках включить в капсид другие материалы, такие как неорганические кристаллы. Это может привести к возможному медикаментозному лечению в будущем. [ нужна ссылка ]
Геном и структура
[ редактировать ]CCMV состоит из икосаэдрического белкового капсида (Т=3). [ 1 ] это 28 нм в диаметре. Этот капсид состоит из 180 идентичных белковых субъединиц, каждая из которых имеет первичную структуру из 190 аминокислотных остатков. По оболочке вируса распределены три субъединицы: A, B и C. Субъединицы A расположены в пентамерах, а субъединицы B и C вместе расположены в гексамерах. Оболочка вируса состоит из 12 пентамеров и 20 гексамеров. Внутри капсида находится геном (+)оцРНК, состоящий примерно из 3000 нуклеотидов. [ 2 ] Геном разделен на три части (РНК-1-3) с субгеномной частью, называемой РНК4. [ 1 ] РНК-1 большой плотности окружена собственным капсидом. РНК-2, обладающая легкой плотностью, также имеет собственный капсид. Поскольку РНК-3 и РНК-4 имеют среднюю плотность, они инкапсидированы вместе. Считается, что РНК-1 и РНК-2 участвуют в репликации вируса, тогда как РНК-3 играет роль в распространении инфекции по растению. [ 3 ] При дефиците РНК-3 репликация вируса все равно происходит, только на значительно сниженном уровне. Благодаря этим четырем видам одноцепочечных молекул РНК с положительным смыслом геном CCMV кодирует четыре отдельных гена. [ 2 ]
Липофектамин — это реагент, используемый в лаборатории для облегчения трансфекции, позволяющий чужеродной ДНК проникнуть в клетку-мишень. В исследовании Гарманна и соавт. они обнаружили, что капсиды вируса CCMV очень устойчивы и остаются интактными даже после обработки РНКазой в отсутствие липофектамина. [ 2 ]
Вход в клетку-хозяин и взаимодействие
[ редактировать ]О взаимодействии растительного вируса и клетки-хозяина известно немного из-за сложности изучения организмов с клеточными стенками. В одном исследовании изучали взаимодействие между CCMV и протопластами вигны и обнаружили, что оно зависит от специфического связывания, в основном основанного на электростатических взаимодействиях между плазматической мембраной и вирусными частицами, в частности, отрицательно заряженными везикулами и положительно заряженным N-концевым плечом белков вирусной оболочки. дальнейшее обозначение CCMV как эндоцитарного вируса. Он также использует повреждения мембран для введения вирусных частиц в клетку. В целом наиболее эффективное заражение происходило путем интернализации через мембранные повреждения хозяина. [ 4 ]
Один специфический белок, ORF3a, представляет собой белок движения, присутствующий в геноме CCMV, который помогает транспортировать вирусный геном в соседние растительные клетки с помощью плазмодесм. Это позволяет вирусу обойти барьер стенки клетки-хозяина и эффективно заразить хозяина. Движение CCMV не требует отпочкования, поскольку структуры канальцев увеличивают плазмодесмы настолько, чтобы обеспечить прямое прохождение вирусного капсида через клеточную стенку. [ 5 ]
Типичная вирусная инфекция включает экспоненциальное увеличение концентрации вируса с последующим быстрым снижением репликации вируса. При наличии дефицита РНК 3 репликация вируса все же происходит, только на значительно сниженном уровне. Считается также, что он ответственен за низкое соотношение белка оболочки и вирусной РНК. [ нужна ссылка ]
Цикл репликации
[ редактировать ]
После проникновения вируса белковый капсид разрушается клеткой-хозяином, что позволяет распаковать вирусную РНК. РНК1 и РНК2 кодируют белки 1а и 2а-полимеразу соответственно, оба из которых экспрессируются для производства белков репликации вируса внутри клетки. [ 6 ] Фактический процесс репликации происходит в мембранных везикулах, образующихся в результате впячивания мембраны эндоплазматического ретикулума хозяина. Вирусная РНК реплицируется в геном дцРНК с использованием РНК-зависимой РНК-полимеразы. Вновь синтезированная дцРНК используется как для транскрипции большего количества (+) оцРНК из цепи матричной (-) РНК, так и для репликации существующей цепи (+) РНК с получением множества копий для использования в качестве переводимой мРНК. Во время этого процесса субгеномная РНК4 также транслируется с образованием белков вирусного капсида. Используя вновь синтезированные копии (+)оцРНК и капсидных белков, вирус собирается внутри пузырька. [ 7 ]
Рекомбинация
[ редактировать ]При совместном инфицировании растительных клеток-хозяев двумя разными мутантами с делецией гена CCMV функциональные РНК-вирусов геномы могут быть регенерированы путем гомологичной рекомбинационной репарации. [ 8 ] Механизм рекомбинации, вероятно, заключается в переключении цепи (выборе копии) во время репликации вирусной РНК. Быстрота и частота этой рекомбинации позволяют предположить, что такое спасение генома, вероятно, имеет важное значение в природных популяциях CCMV. [ 8 ]
Сборка и выпуск
[ редактировать ]
Сборка вируса является ключом к его эффективности, поскольку он должен быть одновременно достаточно стабильным, чтобы защитить свой геном перед проникновением в клетку, и достаточно лабильным, чтобы высвободить свое генетическое содержимое в клетку-мишень при ее разборке. Одноцепочечная РНК проходит через небольшие поры, уже присутствующие в капсиде. При нейтральном pH капсидный белок обратимо связывается с РНК, образуя прекапсидный комплекс. Он состоит из РНК, окруженной достаточным количеством капсидных белков (CP), чтобы нейтрализовать отрицательные заряды фосфатного остова РНК. Когда происходит подкисление, происходит необратимое конформационное изменение, в результате которого конечным продуктом становится икосаэдрический капсид. Это делается путем отправки любых излишков CP из РНК за пределы нового капсида. Этот процесс зависит от основности CP из-за его N-концевого богатого аргинином мотива (ARM) и внешней плотности отрицательного заряда капсида. Капсидный белок также участвует в движении вируса, его передаче, проявлении симптомов и выборе целевых хозяев. [ 9 ] Как видно выше, сборка CCMV является механизмом, зависящим от pH, как и разборка. При pH 5 CCMV стабилен, но при pH 7,0 и без ионов типа Ca2+ или Mg2+ происходит набухание диаметра капсида. Это создает отверстия в капсиде, но вирусная РНК в это время не высвобождается, что позволяет обратить этот процесс вспять. Это важно, поскольку было обнаружено, что ионы кальция необходимы для стабильности вируса. Хотя РНК не высвобождается спонтанно, когда происходит набухание и вирус находится в подходящей среде для заражения, набухание вызывает высвобождение РНК в цитоплазму клетки-мишени. [ 10 ]
Рисунок справа иллюстрирует CCMV в кислых условиях (а) и CCMV при изменении pH и набухании (б). Это допускает электростатические взаимодействия, еще больше повышая способность вируса инфицировать хозяина. [ нужна ссылка ]
Симптомология
[ редактировать ]Было замечено, что этот вирус инфицирует только клетки растений, особенно вигны. Первым наблюдаемым симптомом CCMV является яркий хлороз или желтая окраска листьев растения, известного как штамм CCMV-T. Этот хлороз наблюдался как менее серьезный эффект, вызывающий светло-зеленую окраску при заражении растений ослабленным штаммом, названным CCMV-M. Результаты эксперимента, проведенного de Assis Filho et al. указали, что этот первичный симптом был вызван аминокислотой в положении 151 белка оболочки капсида. [ 11 ]
Векторы и передача
[ редактировать ]Было обнаружено, что CCMV передается бобовым листоедом Cerotoma trifurcata и пятнистым огуречным жуком Diabrotica undecimpunctata Howardii . CCMV поражает фасоль и вигну, но было обнаружено, что репликация вируса намного выше, когда вирус приобретается и передается из фасоли, а не из вигны. [ 12 ]
Как обсуждалось в разделе «Сборка и выпуск», CCMV стабилизируется кислыми условиями (pH = 5,0). Таким образом, считается, что кишечник насекомых обеспечивает кислую среду, способствующую передаче и стабильности CCMV. [ 13 ]
Недавние исследования дрожжей
[ редактировать ]В декабре 2018 года репликация CCMV была полностью восстановлена у Saccharomyces cerevisiae , типа дрожжей. В этом эксперименте было обнаружено, что белок 1а был единственным вирусным фактором, необходимым для индукции инвагинации эндоплазматической сети и начала процесса репликации. Было обнаружено, что полимераза 2а рекрутируется белком 1а после образования репликационной сферы. Одно ограничение было реализовано для репликации CCMV у S. cerevisiae , и это было связано с отсутствием репликации РНК-3. Значение этого эксперимента выходит за рамки полученных результатов, поскольку S. cerevisiae является популярным модельным организмом для вирусной инокуляции и может открыть возможности для дальнейших исследований CCMV. [ 6 ]
Ассоциированные вирусы
[ редактировать ]Следующие вирусы тесно связаны с CCMV и относятся к роду Bromovirus: [ 14 ]
- Вирус крапчатости бобов
- Вирус бромовой мозаики
- Вирус желтой пятнистости кассии
- Вирус желтого оперения меландрия
- Скрытый вирус весенней красоты
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Спейр Дж.А., Мунши С., Ван Г., Бейкер Т.С., Джонсон Дж.Э. (январь 1995 г.). «Структура нативной и набухшей форм вируса хлоротичной крапчатости вигны, определенная методами рентгеновской кристаллографии и криоэлектронной микроскопии» . Структура . 3 (1): 63–78. дои : 10.1016/S0969-2126(01)00135-6 . ПМК 4191737 . ПМИД 7743132 .
- ^ Перейти обратно: а б с Гарманн РФ (2014). Самосборка вируса хлоротичной крапчатости вигны . Электронные диссертации и диссертации Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (Диссертация). Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе . Проверено 10 марта 2019 г.
- ^ Хорст РК (2008). «Желтая пятнистость фасоли = Хлоротичная крапчатость бромвируса вигны = Желтая пятнистость бромовируса вигны». Справочник Уэсткотта по болезням растений (7-е изд.). Спрингер Нидерланды. стр. 610 . дои : 10.1007/978-1-4020-4585-1_986 . ISBN 978-1-4020-4585-1 .
- ^ Ренхорст, Йоханна (10 октября 1989 г.). Ранние стадии инфекции, вызванной вирусом хлоротической крапчатости вигны (Диссертация) . Проверено 11 марта 2019 г.
- ^ «ORF3a - Белок движения - Вирус хлоротичной крапчатости вигны (CCMV) - Ген и белок ORF3a» . www.uniprot.org . Проверено 10 марта 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Сиберт Б.С., Навин А.К., Пеннингтон Дж., Ван Х, Алквист П. (26 декабря 2018 г.). «Белки репликации бромовируса хлоротичной крапчатости вигны поддерживают избирательную по матрице репликацию РНК в Saccharomyces cerevisiae» . ПЛОС ОДИН . 13 (12): e0208743. Бибкод : 2018PLoSO..1308743S . дои : 10.1371/journal.pone.0208743 . ПМК 6306254 . ПМИД 30586378 .
- ^ «Бромовирусы ~ Страница ViralZone» . www.viralzone.expasy.org . Проверено 10 марта 2019 г.
- ^ Перейти обратно: а б Эллисон Р., Томпсон С., Алквист П. (март 1990 г.). «Регенерация функционального РНК-вирусного генома путем рекомбинации между делеционными мутантами и потребностью в вирусе хлоротичной крапчатости вигны 3а и генах оболочки для системной инфекции» . Proc Natl Acad Sci США . 87 (5): 1820–4. дои : 10.1073/pnas.87.5.1820 . ПМК 53575 . ПМИД 2308940 .
- ^ Гарманн Р.Ф., Комас-Гарсия М., Гопал А., Кноблер К.М., Гелбарт В.М. (март 2014 г.). «Путь сборки икосаэдрического одноцепочечного РНК-вируса зависит от силы межсубъединичного притяжения» . Журнал молекулярной биологии . 426 (5): 1050–60. дои : 10.1016/j.jmb.2013.10.017 . ПМЦ 5695577 . ПМИД 24148696 .
- ^ Конечный Р., Трильска Дж., Тама Ф., Чжан Д., Бейкер Н.А., Брукс К.Л., Маккаммон Дж.А. (июнь 2006 г.). «Электростатические свойства вируса хлоротичной крапчатости вигны и капсида вируса мозаики огурца» . Биополимеры . 82 (2): 106–20. дои : 10.1002/bip.20409 . ПМК 2440512 . ПМИД 16278831 .
- ^ де Ассис Сон FM, Пагио О.Р., Шервуд Дж.Л., Деом С.М. (апрель 2002 г.). «Индукция симптомов вирусом хлоротичной крапчатости вигны на Vigna unguiculata определяется аминокислотным остатком 151 в белке оболочки» . Журнал общей вирусологии . 83 (Часть 4): 879–83. дои : 10.1099/0022-1317-83-4-879 . ПМИД 11907338 .
- ^ Хоббс, штат Ха; Фултон, Дж. Б. (11 сентября 1978 г.). «Передача вируса хлоротичной крапчатости вигны жуками» (PDF) . Фитопатология . 69 (3): 255–6. дои : 10.1094/Phyto-69-255 .
- ^ Уилтс, Бодо Д.; Шаап, Иван А.Т.; Шмидт, Кристоф Ф. (май 2015 г.). «Набухание и размягчение вируса хлоротичной крапчатости вигны в ответ на изменения pH» . Биофизический журнал . 108 (10): 2541–9. Бибкод : 2015BpJ...108.2541W . дои : 10.1016/j.bpj.2015.04.019 . ПМЦ 4457041 . ПМИД 25992732 .
- ^ «Международный комитет по таксономии вирусов (ICTV)» . talk.ictvonline.org . Проверено 12 марта 2019 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Мейер С., Фенстра А. «Обзор CCMV» . Домашняя страница биохимии . Вагенингенский университет. Архивировано из оригинала 29 ноября 1996 г.
- Бэнкрофт Дж. Б., Хиберт Э. (июнь 1967 г.). «Образование инфекционного нуклеопротеина из белка и нуклеиновой кислоты, выделенных из небольшого сферического вируса». Вирусология . 32 (2): 354–6. дои : 10.1016/0042-6822(67)90284-X . ПМИД 6025882 .
- Дуглас Т., Янг М. (май 1998 г.). «Инкапсуляция материалов хозяин-гость с помощью собранных вирусных белковых клеток». Природа . 393 (6681): 152–5. Бибкод : 1998Natur.393..152D . дои : 10.1038/30211 . S2CID 205000305 .
- Дестито Дж., Йе Р., Рэй К.С., Финн М.Г., Манчестер М. (октябрь 2007 г.). «Опосредованное фолиевой кислотой нацеливание частиц вируса мозаики вигны на опухолевые клетки» . Химия и биология . 14 (10): 1152–62. doi : 10.1016/j.chembiol.2007.08.015 . ПМЦ 2293326 . ПМИД 17961827 .
- Стейнмец Н.Ф., Эванс диджей (сентябрь 2007 г.). «Использование вирусов растений в бионанотехнологии». Органическая и биомолекулярная химия . 5 (18): 2891–902. дои : 10.1039/b708175h . ПМИД 17728853 . S2CID 13932612 .