WIRUS MOZAIKI TYTONIU: CHARAKTERYSTYKA, STRUKTURA, REPLIKACJA - BIOLOGIA - 2026

Wirus mozaiki tabaki ( TMV , angielskiej Tobacco Mosaic Virus) jest wirusem RNA roślina, która powoduje pojawienie się brązowych plam na liściach rośliny tabaki oraz innych roślin o znaczeniu gospodarczym, takich jak pomidory i innych psiankowatych.

Jej nazwa wywodzi się od układu plam, które wywołuje w porażonych roślinach, co określa się mianem „mozaiki”. Jest to pierwszy wirus, który został zidentyfikowany i opisany w przyrodzie, wydarzenia, które miały miejsce od końca XIX wieku do początku XX wieku, czyli ponad sto lat temu.

Mikrografia elektronowa wirusa mozaiki tytoniu (Źródło: nie podano autora do odczytu maszynowego. Zakłada się, że Chb (na podstawie roszczeń dotyczących praw autorskich). / Domena publiczna, za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Szacuje się, że straty tytoniu spowodowane przez wirusa mozaiki tytoniu wynoszą około 1%, ponieważ uprawia się coraz bardziej odporne rośliny. Jednak inne uprawy, takie jak na przykład pomidory, tracą ponad 20% z powodu choroby wywoływanej przez TMV.

Jeden z głównych problemów agronomicznych związanych z tym wirusem wiąże się z tym, że może on żyć nawet wtedy, gdy roślina, która go żywiciel obumrze, a ponadto wytrzymuje wysokie temperatury, dlatego jego eliminacja z uprawy lub obiektów szklarnia jest dość trudna.

Niemniej jednak wirus mozaiki tytoniu okazał się bardzo przydatny, ponieważ:

- Model symboliczny i dydaktyczny ukazujący podstawowe cechy charakterystyczne wirusów

- Prototyp do badania biologii pasożytów roślin żywicielskich, zwłaszcza tytoniu

- Narzędzie do badania interakcji patogen-gospodarz i handlu komórkami

- Biotechnologiczne narzędzie do ekspresji białek o znaczeniu farmaceutycznym w tytoniu.

Odkrycie

Od momentu identyfikacji wirus mozaiki tytoniu odegrał doniosłą rolę w ustanowieniu dziedziny wirusologii, ponieważ był pierwszym zidentyfikowanym i opisanym wirusem w historii.

Wszystko zaczęło się w 1879 roku, kiedy niemiecki chemik rolniczy Adolf Meyer poświęcił się badaniu niektórych chorób tytoniu.

Ten naukowiec wykazał, że choroba, która spowodowała pojawienie się plam na liściach tytoniu, może zostać przeniesiona z chorej rośliny na zdrową, po prostu przez pocieranie liści tej ostatniej ekstraktem z tej pierwszej.

Meyer nazwał to „mozaikową chorobą tytoniu” i początkowo zasugerował, że czynnik etiologiczny (ten, który go wytworzył) był pochodzenia bakteryjnego, chociaż nie mógł go izolować ani hodować eksperymentalnie in vitro.

Struktura wirusa mozaiki tytoniu. 1) jednoniciowy RNA, 2) kapsomer lub protomer, podjednostka białka kapsydu CP i 3) struktura kapsydu (źródło: Y_tambe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/ 3.0) przez Wikimedia Commons)

Odkrycie pierwszego wirusa

Odkrycie cząstek wirusowych jest zasługą Dmitrija Iwanowskiego, rosyjskiego mikrobiologa, który badał chorobę mozaiki tytoniu w latach 1887-1890, stwierdzając, że czynnik wywołujący chorobę był tak mały, że mógł przejść przez drobne pory porcelanowego filtra, przez który bakterie nie mogły przejść.

Tym wydarzeniem Iwanowski ustalił, że przyczyną choroby jest „filtrowalny wirus”, biorąc termin „wirus” od łacińskiego słowa oznaczającego „truciznę”.

Prace Iwanowskiego zostały później potwierdzone w 1895 r. Przez Holendra Willema Beijerincka, który wykazał seryjne przenoszenie wirusa (z rośliny na roślinę) za pomocą przefiltrowanego soku chorych roślin.

Praca Beijerincka posłużyła również do udowodnienia, że ​​nie była to po prostu chemiczna toksyna, ale raczej żywy czynnik zdolny do samoreplikacji.

W latach 1927–1931 dwóch naukowców z Instytutu Boyce Thompson w Filadelfii, Vinson i Petri, zatężało wirusa przez wytrącanie przy użyciu metod stosowanych do oczyszczania białek.

Później, w 1935 roku, Stanley oczyścił wirusa i zdołał wykrystalizować wysoce aktywne i zakaźne cząsteczki w kształcie igieł, co oznacza bezprecedensowe wydarzenie, w którym „żywa” istota mogłaby pojawić się w stanie krystalicznym.

Wiele lat później, przy współpracy i pracy wielu naukowców, ustalono, że wirus mozaiki tytoniu był jednopasmowym wirusem RNA o włóknistym wyglądzie lub morfologii.

cechy

- Jest to jednopasmowy wirus RNA, którego wiriony lub cząsteczki wirusa mają kształt pręcika

- Jego genom, podobnie jak większość wirusów, chroniony jest płaszczem białkowym

- Należy do rodziny Virgaviridae i do rodzaju Tobamovirus

- Infekuje tytoń, a także niektóre rośliny pokrewne, zwłaszcza psiankowate (ziemniak, pomidor, bakłażan itp.), Dodając ponad 200 potencjalnych żywicieli

- Jest niezwykle stabilny i może długo utrzymywać się na różnych powierzchniach

- W zakażonych roślinach wirus ten gromadzi się w znacznie wysokich mianach

- Objawy, które wywołuje u chorych roślin, są zauważalne i łatwe do zidentyfikowania

Struktura

Wirus mozaiki tytoniu, jak już wspomniano, jest jednoniciowym (jednoniciowym) wirusem RNA, którego cząsteczki wirusa mają kształt pałeczki.

Uogólniony schemat struktury wirusa mozaiki tytoniu, TMV (Źródło: TMV_Structure.png: Graham Colm Talk Oryginalnym przesyłającym był GrahamColm z angielskiej Wikipedii. Praca pochodna: Arnaugir / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0) przez Wikimedia Commons)

Pokrycie białkowe

Charakterystyczną strukturę każdej cząsteczki wirusa nadaje płaszcz białkowy utworzony przez prawoskrętną helisę podjednostek białka znanego jako „białko płaszcza”.

Ta otoczka ma około 2130 podjednostek białkowych, co przekłada się na cząstkę wirusa o średniej wielkości 300 nm długości, średnicy 18 nm i wydrążonym środku o promieniu 2 nm, gdzie genom zajmuje promień zbliżony do 4 nm.

Widok z góry płaszcza białkowego TMV (Źródło: Deposition autorzy: Stubbs, G., Pattanayek, R., Namba, K.; autor wizualizacji: User: Astrojan / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by /4.0) przez Wikimedia Commons)

Genome

Genomowy RNA jest umieszczony pomiędzy kolejnymi zwojami helisy, która tworzy otoczkę, łącząc trzy jej nukleotydy z każdą podjednostką białka, pozostając w ten sposób całkowicie pokrytą białkiem.

Ten genom ma długość 6 395 nukleotydów i odwrócony „kaptur” 7-metylo-guanozyny połączony z końcem 5 'wiązaniem trifosforanowym.

Informacje zakodowane w genomie TMV odpowiadają 4 genom, które kodują 4 różne produkty:

- Dwa białka związane z replikacją, jedno o masie 126 kDa i drugie o masie 183 kDa, poddane bezpośredniej translacji z RNA wirusa

- Białko ruchu (MP, z English Movement Protein) i białko strukturalne lub białko płaszcza (CP, z English Coat Protein), które są tłumaczone z „subgenomowych” RNA

Skuteczna infekcja TMV obejmuje współpracę tych czterech wielofunkcyjnych produktów z wieloma składnikami komórkowymi rośliny żywiciela, zwłaszcza błoną komórkową i cytoszkieletem.

Replikacja

Aby zrozumieć mechanizm replikacji TMV, konieczne jest zrozumienie niektórych aspektów zakażenia tym wirusem.

Początkowa infekcja

TMV wnika do rośliny tylko przez mechaniczne rany, które tymczasowo „otwierają” błonę plazmatyczną lub powodują epizody pinocytozy.

Zakażenie może nastąpić z powodu ran spowodowanych dotknięciem zakażonych rąk i przez zainfekowane narzędzia do przycinania itp., Ale rzadko jest przenoszone przez owady.

Po znalezieniu się w cytozolu cząsteczki wirusa rozkładają się i uwalniają swoje genomowe RNA, które jest rozpoznawane przez komórkę jako własne RNA i jest w tym celu poddawane translacji przez wyspecjalizowane enzymy cytozolowe.

„Kaptur” metyloguanozynowy genomowego RNA TMV ma ogromne znaczenie dla tego procesu, ponieważ udaje mu się „ominąć” system „nadzoru” komórki i promować jego interakcję z innymi składnikami komórkowymi.

Liczba zebranych cząstek wirusa gwałtownie wzrasta, a te mogą opuścić zakażoną komórkę i zainfekować inne sąsiednie komórki poprzez plazmodesmaty, które są „kanałami” łączącymi cytozol komórki z cytozolem komórek, które ją otaczają.

Ostatecznie cząsteczki wirusa docierają do systemu translokacji rośliny, czyli do ksylemu i łyka, rozprzestrzeniając się w ten sposób w całej roślinie.

Jak przebiega proces replikacji?

Wirus mozaiki tytoniu wykorzystuje swój genom jako matrycę do syntezy ujemnych komplementarnych nici, które służą jako matryca do syntezy dużej liczby pozytywnych nici.

Te matryce są również używane do syntezy „subgenomowych” informacyjnego RNA, które zawierają otwarte ramki odczytu dla białek MP i CP.

Dwa białka związane z replikacją, które są kodowane w genomowym RNA TMV, mają domeny metylotransferazy, helikazy i polimerazy RNA zależnej od RNA.

Wydaje się, że replikacja zachodzi w kompleksie związanym z błoną retikulum endoplazmatycznego, który zawiera te białka, białko ruchu (MP), wirusowe RNA i inne białka roślinnego gospodarza.

Objawy

Objawy wirusa mozaiki tytoniu różnią się znacznie w zależności od gatunku rośliny. Innymi słowy, zależą one w znacznym stopniu od rodzaju rośliny żywicielskiej, a ponadto od szczepu wirusa, genetycznego „tła” rośliny i warunków środowiskowych, w których się ona znajduje.

Zdjęcie liścia tytoniu zakażonego TMV (źródło: RJ Reynolds Tobacco Company Slide Set / Public domain, za pośrednictwem Wikimedia Commons)

Objawy pojawiają się zwykle około 10 dni po początkowej infekcji i są to:

- Pojawienie się brązowych lub żółtawych plam z mozaikową matroną na blaszkach liści

- Martwica

- Zachamowany wzrost

- Zwijanie się liści

- zażółcenie tkanek

- Niski plon owocowania i równomierny wygląd owoców uszkodzonych i zdeformowanych

- Opóźnienie dojrzewania owoców

- Kolor owoców niejednolity (szczególnie u pomidora)

Bibliografia

1. Butler, PJG (1999). Samoorganizacja wirusa mozaiki tytoniu: rola agregatu pośredniego w tworzeniu swoistości i szybkości. Filozoficzne transakcje Royal Society of London. Seria B: Nauki biologiczne, 354 (1383), 537-550.
2. Liu, C. i Nelson, RS (2013). Biologia komórki replikacji i ruchu wirusa mozaiki tytoniu. Frontiers in plant science, 4, 12.
3. Mphuthi, P. (2017). Objawy wirusa mozaiki tytoniu, przenoszenie i postępowanie. Farmer's Weekly, 2017 (17014), 60-61.
4. Rifkind, D. i Freeman, G. (2005). Zdobywca nagrody Nobla w dziedzinie odkryć w chorobach zakaźnych. Elsevier.
5. Scholthof, KBG (2000). Lekcje patologii roślin: wirus mozaiki tytoniu. Instrukcja zdrowia roślin.
6. Scholthof, KBG (2004). Wirus mozaiki tytoniu: modelowy system biologii roślin. Annu. Rev. Phytopathol., 42, 13–34.