VIRUS DUHANSKOG MOZAIKA: KARAKTERISTIKE, STRUKTURA, REPLIKACIJA - BIOLOGIJA - 2025

Virus mozaika od burmut (TMV, engleskog virus mozaika duhana) je RNA virus biljka koja uzrokuje pojavu smeđih mrlja na listovima biljke onjušiti i drugih usjeva od gospodarskog interesa, kao što su rajčice i druge pomoćnice.

Ime mu potječe od uzorka mrlja koje izaziva u zaraženim biljkama, a koji je opisan kao "mozaik". To je prvi virus koji je u prirodi identificiran i opisan, događaji koji su se dogodili između kraja 1800 i početka 1900-ih, dakle prije više od jednog stoljeća.

Elektronska mikrografija virusa duhanskog mozaika (Izvor: Nije dostavljen strojno čitljiv autor. Pretpostavljeno Chb (na temelju tvrdnji o autorskim pravima). / Javna domena, putem Wikimedia Commons)

Procjenjuje se da su gubici duhana uzrokovani virusom duhanskog mozaika oko 1%, kako se uzgajaju sve više i otpornije biljke. Međutim, druge kulture poput rajčice, na primjer, trpe gubitke veće od 20% zbog bolesti uzrokovane TMV-om.

Jedan od glavnih agronomskih problema koji se odnosi na ovaj virus odnosi se na činjenicu da on može živjeti i kad biljka koja ga ugosti, a osim toga, podnosi visoke temperature, zbog čega je eliminacija iz usjeva ili iz objekata staklenik je prilično izazovan.

Bez obzira na to, virus duhanskog mozaika pokazao se vrlo korisnim kao:

- Simbolički i didaktički model izlaganja bitnih karakteristika koje definiraju viruse

- prototip za istraživanje biologije biljaka domaćina parazita, posebno duhana

- Alat za proučavanje interakcija patogen-domaćin i trgovina stanicama

- Biotehnološko sredstvo za ekspresiju proteina farmaceutskog interesa za duhan.

Otkriće

Virus duhanskog mozaika je od svoje identifikacije imao transcendentalnu ulogu u uspostavljanju polja virologije, jer je bio prvi virus identificiran i opisan u povijesti.

Sve je započelo 1879. godine, kada se njemački poljoprivredni kemičar Adolf Meyer posvetio proučavanju nekih bolesti koje su utjecale na duhan.

Ovaj je znanstvenik pokazao da se bolest koja je uzrokovala pojavu mrlja na lišću duhana može prenijeti s oboljele biljke na zdravu, samo trljanjem listova zadnje s ekstraktom prve.

Meyer je to nazvao "mozaičnom bolešću duhana" i u početku je sugerirao da je etiološki agens (onaj koji ga je proizveo) bakterijskog porijekla, iako ga nije mogao izolirati niti ga eksperimentalno kultivirati in vitro.

Struktura virusa duhanskog mozaika. 1) Jednolančana RNA, 2) kapsomer ili protomer, podjedinica kapsidnog CP proteina i 3) kapsidna struktura (izvor: Y_tambe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/) 3.0) putem Wikimedia Commonsa)

Otkriće prvog virusa

Zasluga za otkriće virusnih čestica pripada Dmitrij Ivanovskom, ruskom mikrobiologu koji je istraživao bolest duhanskog mozaika između 1887. i 1890., otkrivši da je uzročnik bolesti bio toliko mali da može proći kroz sitne pore od porculanskog filtera, gdje bakterije nisu mogle proći.

Ovim događajem Ivanovsky je utvrdio da je bolest nastala zbog "filtrabilnog virusa", uzevši termin "virus" od latinske riječi za "otrov".

Kasnije je 1895. godine Ivanovski djela potvrdio Nizozemac Willem Beijerinck, koji je demonstrirao serijski prijenos virusa (s biljke u biljku) koristeći filtrirani sok oboljelih biljaka.

Beijerinckovo djelo je također poslužilo da dokaže da to nije samo kemijski toksin, već živo sredstvo koje je sposobno za samo-razmnožavanje.

Između 1927. i 1931. godine dva znanstvenika s Instituta Boyce Thompson u Philadelphiji, Vinson i Petri koncentrirali su virus taloženjem koristeći metode pročišćavanja proteina.

Kasnije, 1935. godine, Stanley je pročistio virus i uspio kristalizirati visoko aktivne i zarazne čestice u obliku igle, što je označilo događaj bez presedana u kojem bi se "živi" entitet mogao pojaviti u kristalnom stanju.

Godinama kasnije, suradnjom i radom brojnih znanstvenika, utvrđeno je da je virus duhanskog mozaika jednostruki RNA virus, s vlaknastim izgledom ili morfologijom.

karakteristike

- To je jednopojasni RNA virus čiji su virioni ili virusne čestice u obliku štapa

- Njegov genom, kao i većina virusa, zaštićen je proteinskim slojem

- Pripada porodici Virgaviridae i rodu Tobamovirus

- Zarazuje biljke duhana, ali i neke srodne biljke, posebno noćaste sjemenke (krumpir, rajčica, patlidžan, itd.), Dodajući više od 200 mogućih domaćina

- Izuzetno je stabilan i može dugo ostati na različitim površinama

- U zaraženim biljkama ovaj se virus akumulira u znatno visokim titrima

- Simptomi koje izaziva kod oboljelih biljaka su uočljivi i lako ih je prepoznati

Struktura

Virus duhanskog mozaika, kao što je spomenuto, je jednolančani (jednolančani) RNA virus, čije su virusne čestice u obliku šipke.

Generalizirana shema strukture virusa duhanskog mozaika, TMV (Izvor: TMV_Structure.png: Graham Colm Talk. Originalni učitavač bio je GrahamColm na engleskom Wikipediji. Preliminarni rad: Arnaugir / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0) putem Wikimedia Commons)

Proteinski pokrov

Karakterističnu strukturu svake virusne čestice daje proteinski omotač formiran desnim heliksom podjedinica proteina poznatih kao "protein proteina".

Ova ovojnica ima približno 2.130 proteinskih podjedinica, što znači virusnu česticu prosječne veličine 300 nm, promjera 18 nm i šupljeg središta u radijusu od 2 nm, gdje genom zauzima polumjer blizu 4 nm.

Pogled odozgo na TMV proteinski omotač (Izvor: Autori izlaganja: Stubbs, G., Pattanayek, R., Namba, K.; autor vizualizacije: Korisnik: Astrojan / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by /4.0) putem Wikimedia Commonsa)

genom

Genomska RNA se postavlja između uzastopnih zavoja spirale koji čine ovojnicu, spajajući tri njena nukleotida u svaku podjedinicu proteina i tako ostaje potpuno prekrivena proteinima.

Ovaj genom dugačak je 3995 nukleotida i ima obrnutu 7-metil-gvanozinsku "kapuljaču" pričvršćenu na njegov 5 'kraj preko trifosfatne veze.

Podaci kodirani u TMV genomu odgovaraju 4 gena koji kodiraju 4 različita proizvoda:

- Dva proteina povezana s replikacijom, jedan od 126 kDa i drugi od 183 kDa, izravno preveden iz virusne RNA

- bjelančevina kretanja (MP, s engleskog, Movement Protein) i strukturni ili sloj proteina (CP, iz engleskog Coat Protein), koji su prevedeni iz "subgenomskih" RNA

Uspješna infekcija TMV-om uključuje suradnju ova četiri multifunkcionalna proizvoda s mnogim staničnim komponentama biljke domaćina, posebno staničnom membranom i citoskeletom.

odgovor

Za razumijevanje mehanizma replikacije TMV potrebno je razumjeti neke aspekte infekcije ovim virusom.

Početna infekcija

TMV u biljku ulazi samo kroz mehaničke rane koje privremeno "otvaraju" plazma membranu ili uzrokuju pojave pinocitoze.

Zaraza se može dogoditi od rana uzrokovanih rukovanjem zaraženim rukama i zaraženim instrumentima obrezivanja itd., Ali rijetko ih prenose insekti.

Jednom kada uđu u citosol, virusne čestice rastavljaju i oslobađaju svoju genomsku RNK, koja stanica prepoznaje kao vlastitu RNK, a za to se prevode specijalizirani citosolni enzimi.

Metil-gvanozin „kapuljača“ TMV genomske RNA od najveće je važnosti za ovaj postupak, jer uspijeva „zaobići“ sustav „nadzora“ stanice i promovirati njezinu interakciju s ostalim staničnim komponentama.

Broj sastavljenih virusnih čestica brzo se povećava i one mogu napustiti zaraženu stanicu i inficirati ostale susjedne stanice putem plazmodesmata, koji su "kanali" koji citosolnu stanicu povezuju s onom stanice koja je okružuje.

Konačno, virusne čestice dospijevaju u biljni translokacijski sustav, to jest ksilem i phloem te se na taj način raspršuju po biljci.

Kako se odvija proces replikacije?

Virus duhanskog mozaika koristi svoj genom kao predložak za sintetizaciju negativnih komplementarnih niti koje služe kao predložak za sintezu velikog broja pozitivnih niti.

Ti se predlošci također koriste za sintezu "subgenomskih" glasnika RNA koji sadrže otvorene okvire za čitanje MP i CP proteina.

Dva proteina povezana s replikacijom koja su kodirana u TMV genomskoj RNA imaju domene metil transferaze, helikaze i RNA ovisne o RNA polimerazi.

Čini se da se replikacija događa u kompleksu povezanom s membranom endoplazmatskog retikuluma koji sadrži ove bjelančevine, pokretni protein (MP), virusnu RNK i ostale biljne domaćinske proteine.

simptomi

Simptomi virusa duhanskog mozaika uvelike se razlikuju od jedne do druge biljne vrste. Drugim riječima, oni znatno ovise o vrsti biljke domaćina i, dalje, o soju virusa, genetskoj "pozadini" biljke i okolišnim uvjetima u kojima se nalazi.

Fotografija listova duhanske biljke zaražene TMV-om (Izvor: Slide set RJ Reynolds Tobacco Company / Public domain, via Wikimedia Commons)

Simptomi se obično pojave oko 10 dana nakon početne infekcije, a to su:

- Pojava smeđih ili žućkastih mrlja s mozaičkom matronom na listovima

- Nekroza

- Zaustavljen rast

- Listovi kovrče

- Žutilo tkiva

- Nizak prinos u proizvodnji voća, pa čak i izgled oštećenih i deformiranih plodova

- Odgoda sazrijevanja plodova

- Boja plodova nije ujednačena (posebno kod rajčice)

Reference

1. Butler, PJG (1999). Samo-sklapanje virusa duhanskog mozaika: uloga posrednog agregata u generiranju i specifičnosti i brzine. Filozofske transakcije Kraljevskog društva u Londonu. Serija B: Biološke znanosti, 354 (1383), 537-550.
2. Liu, C., i Nelson, RS (2013). Stanična biologija umnožavanja i kretanja virusa duhanskog mozaika. Granice u biljnoj znanosti, 4, 12.
3. Mphuthi, P. (2017). Simptomi, prijenos i upravljanje duhanskim mozaičnim virusom Seljački tjednik, 2017. (17014), 60-61.
4. Rifkind, D., & Freeman, G. (2005). Otkrića zaraznih bolesti dobila su Nobelovu nagradu. Elsevier.
5. Scholthof, KBG (2000). Lekcije iz patologije biljaka: virus duhanskog mozaika. Institut za zdravlje biljaka
6. Scholthof, KBG (2004). Virus duhanskog mozaika: sustav modela za biljnu biologiju. Annu. Rev. Fhytopathol., 42, 13-34.