Потивирус | |
---|---|
Геном вируса шарки сливы с электронной микрофотографией и моделью вирионов | |
Классификация вирусов | |
(без рейтинга): | Вирус |
Область : | Рибовирус |
Королевство: | Орторнавирусы |
Тип: | Писувирикота |
Сорт: | Стельпавирицеты |
Заказ: | Пататавирусные |
Семья: | Потивирусы |
Род: | Потивирус |
Разновидность | |
См. текст |
Potyvirus — род вирусов с положительной цепью РНК (названный в честь его типового вида, Potato virus Y (PVY) ) в семействе Potyviridae . Растения служат естественными хозяевами. Подобно бегомовирусам , представители этого рода могут вызывать значительные потери в сельскохозяйственных, пастбищных, садовых и декоративных культурах. Более 200 видов тлей распространяют потивирусы, и большинство из них из подсемейства Aphidinae (роды Macrosiphum и Myzus ). [ требуется цитирование ] Род содержит 190 видов, и потивирусы составляют около тридцати процентов всех известных в настоящее время вирусов растений . [1] [2]
Вирион не имеет оболочки, имеет гибкий и нитевидный нуклеокапсид длиной от 680 до 900 нанометров (нм) и диаметром 11–20 нм. [1] Нуклеокапсид содержит около 2000 копий капсидного белка. Симметрия нуклеокапсида спиральная с шагом 3,4–3,5 нм. [1]
Геном представляет собой линейную, положительно-полярную , одноцепочечную РНК размером от 9000 до 12000 нуклеотидных оснований . Большинство потивирусов имеют несегментированные геномы, [1] хотя ряд видов являются двудольными. Типичные составы оснований некоторых из наиболее распространенных, нерекомбинантных штаммов типового вида PVY, варьируются между ~23,4-23,8 % G; ~31-31,6 % A; ~18,2-18,8 % C; и ~26,5-26,8 % U. [3]
У видов с монопаритетным геномом связанный с геномом белок VPg ковалентно связан с 5'-концом, а 3'-конец полиаденилирован. Геном кодирует одну открытую рамку считывания (ORF), выраженную как предшественник полипротеина 350 кДа. Этот полипротеин процессируется в десять более мелких белков: протеаза белка 1 (P1-Pro), протеаза вспомогательного компонента (HC-Pro), белок 3 (P3), цилиндрическое включение (CI), вирусный белок, связанный с геномом (Vpg), ядерное включение A (NIa), ядерное включение B (NIb), капсидный белок (CP) и два небольших предполагаемых белка, известных как 6K1 и 6K2. Цистрон P3 также содержит перекрывающуюся рамку считывания, называемую «Довольно интересная ORF Potyviridae » (PIPO). [4] PIPO кодирует альтернативный C-конец белка P3, который генерируется в подмножество транскриптов с помощью сдвига рамки +2 , вызванного механизмом проскальзывания рибосомы в консервативной последовательности повтора GA 6. [5] [6] Полученный белок называется P3N-PIPO. Считается, что аналогичный механизм создает альтернативную рамку считывания в цистроне P1, называемую «довольно интересной ORF сладкого картофеля потивируса» (PISPO), в ряде потивирусов, заражающих сладкий картофель, включая вирус перистых пятен сладкого картофеля . [7]
P1 (молекулярная масса ~33 килодальтона ( кДа)) — это сериновая протеаза , которая облегчает свое собственное расщепление от полипротеина на стыке P1-HC-Pro. [8] P1 состоит из консервативного домена протеазы C-конца и N-концевой области, которая имеет высокий уровень вариации последовательности и длины между видами потивирусов, но демонстрирует консервативные паттерны внутреннего беспорядка . P1 также способствует репликации вирусной РНК, хотя это не является обязательным для нее. [9]
HC-Pro (~52 кДа) — это цистеиновая протеаза , которая расщепляет дипептид глицин -глицин на своем собственном C-конце . [8] Он также взаимодействует с эукариотическим фактором инициации 4 (eIF4). Он действует как вирусный супрессор РНК-сайленсинга посредством своих взаимодействий с белками хозяина AGO . [10] Активность HC-Pro регулируется соседним белком P1: до того, как P1 отщепляется от промежуточного продукта P1-HC-Pro, конец P1 снижает активность подавления РНК-сайленсинга HC-Pro. [8] Таким образом, скорость расщепления P1 регулирует уровень подавления РНК-интерференции во время инфекции. HC-Pro также участвует в передаче тлей. [11] Хотя точный механизм неизвестен, было предложено, что HC-Pro прикрепляется к ротовым частям тли-хозяина через свой N-концевой домен, подобный цинковому пальцу , и закрепляет вирионы посредством своих взаимодействий с капсидным белком. [12]
P3 (~41 кДа) — это мембранный белок, который необходим для репликации вируса и накапливается в вирусных репликационных везикулах. [13] Он опосредует взаимодействия между репликационными везикулами и белками комплекса движения, что может позволить репликационным везикулам быть привлеченными в комплекс движения для эффективного межклеточного движения. [14] P3 также взаимодействует с большой субъединицей рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы . [ необходима цитата ]
CI (~71 кДа) — это РНК- хеликаза с активностью АТФазы . [15] Его самым необычным свойством является его способность образовывать большие и высокосимметричные конические и цилиндрические включения с центральным полым цилиндром, от которого слои слоистых листов расходятся наружу и складываются сами по себе в узоре, часто описываемом как « вертушки ». Эти включения легко увидеть на трансмиссионных электронных микрофотографиях инфицированных тканей и исторически использовались в качестве диагностического критерия для потивирусных инфекций. Включения CI являются основным компонентом комплекса потивирусного движения, который собирается в плазмодесмах . CI также необходим для репликации вируса и присутствует на репликационных мембранах. Его точный вклад в репликацию не ясен, но, как РНК-хеликаза, CI, вероятно, облегчает репликацию, разбирая вторичные структуры вирусной РНК.
NIa (~50 кДа) образует кристаллические включения в ядре хозяина. Он расщепляется на NIa-Pro и VPg.
NIa-Pro (~27 кДа) — это цистеиновая протеаза , которая обрабатывает большинство участков расщепления полипротеина. [16] Единственным исключением являются саморасщепления P1 и HC-Pro. Высокая степень специфичности и консервации последовательности расщепления сделала NIa-Pro (часто вируса табачной гравировки ) ценным инструментом в биотехнологии, особенно в приложениях, требующих удаления аффинных меток из рекомбинантных белков после аффинной очистки . NIa-Pro также показала, что проявляет независимую от последовательности активность ДНКазы и вмешивается в метилирование ДНК хозяина, что позволяет предположить, что NIa и/или NIa-Pro изменяют экспрессию генов хозяина . [17] Потивирусная NIa-Pro имеет высокий уровень гомологии с пикорнавирусной протеазой 3C . [18]
VPg (~22 кДа) ковалентно присоединен к 5'-концу вирусной геномной РНК посредством уридилирования и, как полагают, действует как праймер для репликации вирусного генома, подобно белкам VPg пикорнавирусов . [ 19] Это высоко неупорядоченный белок, и предполагается, что его гибкость позволяет ему взаимодействовать со многими другими вирусными белками. VPg также взаимодействует с различными белками хозяина, включая эукариотический фактор инициации 4E (eIF4E), эукариотический фактор удлинения 1A (eEF1A) и поли(A)-связывающий белок (PABP). [20] [21]
NIb (~59 кДа) — это РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRp) суперсемейства II , которая полимеризует вирусную РНК во время репликации. [22] Как и NIa, NIb образует включения в ядре хозяина, куда он транспортируется благодаря своим двум последовательностям ядерной локализации . NIb имеет трехдоменную структуру «ладонь, большой палец и пальцы», типичную для RdRps.
6K1 (~6 кДа) функция неизвестна, но поскольку он накапливается в репликационных пузырьках и имеет трансмембранный домен , считается, что 6K1 способствует образованию пузырьков, вызванных вирусом. [23]
6K2 (~6 кДа) — это трансмембранный белок , который перестраивает мембраны хозяина в вирус-индуцированные мембранные структуры. [24] Он взаимодействует с различными белками выходного участка ЭР , образуя везикулярные и трубчатые расширения, которые в конечном итоге созревают в репликационные везикулы. [25] 6K2 имеет три основных домена: N-концевой домен, который необходим для перемещения от клетки к клетке, центральную гидрофобную трансмембранную альфа-спираль и C-концевой домен, который необходим для репликации вируса. [26]
P3N-PIPO (~25 кДа) — это специализированный белок движения, который прикрепляет комплекс движения к плазмодесме . [27] Он также может модулировать предел исключения размера плазмодесмы, взаимодействуя с белками хозяина, которые разрывают актиновые филаменты плазмодесмы и уменьшают отложение каллозы . [28] [29] Он взаимодействует как с большими, так и с малыми субъединицами рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазы/оксигеназы. [ необходима цитата ]
CP (~30 - 35 кДа) - это капсидный белок. Он имеет два концевых домена, которые неупорядочены и выставлены на поверхность вириона. [30] [31] Центральный домен ядра содержит РНК-связывающий карман, который связывается с вирусной РНК. Структура капсидного белка в потивирусах высококонсервативна, хотя существует относительно высокая степень изменчивости последовательности. Помимо инкапсуляции вириона, домен ядра CP необходим для межклеточного перемещения и способствует передаче семян. [32]
Некоторые атипичные потивирусы кодируют дополнительные белки или белковые домены, такие как P1-PISPO, алкилирование B (AlkB) и инозинтрифосфатпирофосфатазу (известную как ITPase или HAM1). [33] Такие аномалии часто располагаются в гипервариабельной области P1-HC-Pro. [8]
Большинство потивирусов передаются тлями , когда они зондируют растительные ткани своим стилетом во время питания. [34] Они не циркулируют и не размножаются внутри тли и обычно сохраняются в ней только в течение нескольких минут. Было показано, что некоторые потивирусы изменяют характер питания своих переносчиков-тлей, что может проявляться в более длительных периодах времени, проведенных на зараженных растениях, сокращении времени питания без зондирования и увеличении потребления флоэмного сока.
Передача через семена и пыльцу была зарегистрирована у некоторых видов потивирусов, например, у PVY и вируса мозаики репы (TUMV) . [35] Вегетативная передача через инфицированные клубни или прививочный материал представляет особую опасность для некоторых сельскохозяйственных культур, таких как картофель и фруктовые деревья соответственно.
Передача может также происходить при физическом контакте с зараженными растениями или через зараженные инструменты, одежду или даже воду. [36]
После проникновения частицы потивируса становятся непокрытыми, и геномная РНК высвобождается в цитоплазму хозяина. Потивирусная РНК имитирует мРНК хозяина : белок 5' VPg имеет функциональное сходство с 5' кэпом , а 3' конец полиаденилирован . [37] VPg и его взаимодействие с eIF4E и eIF4(iso)E позволяют вирусу использовать зависящий от кэпа хозяина трансляционный аппарат для своей трансляции. Подобно эукариотической трансляции, взаимодействие VPg-eIF4E собирает комплекс eIF4F вокруг вирусной РНК.
У многих видов потивирусов было выявлено несколько слабых внутренних участков входа рибосомы (IRES), но неизвестно, является ли кэп-независимая трансляция важным механизмом трансляции для потивирусов. [37]
Как и многие другие вирусы с положительной цепью РНК , репликация потивируса тесно связана с мембранами хозяина. [1] [38] Вирусный белок 6K2 координирует перестройку мембран хозяина в различные структуры, связанные с инфекцией, которые, в зависимости от вида потивируса, могут включать в себя все, что угодно, от небольших круглых вирусных пузырьков до сложных глобулярных структур со множеством цистерн или долей. Эти структуры усеяны вирусными комплексами репликации и часто называются «репликационными пузырьками», «вироплазмой» или «вирусными фабриками». Мембраны репликационных пузырьков происходят из различных органелл хозяина, и источники различаются у разных видов потивирусов. Некоторые источники мембран включают ЭР , хлоропласты , аппарат Гольджи и вакуоли .
Точный механизм репликации неизвестен, но он включает в себя промежуточный продукт РНК с отрицательным смыслом и требует как вирусных, так и хозяйских белков. Вирусные белки, обнаруженные в репликационных комплексах, включают HC-Pro, P3, 6K1, 6K2, CI, VPg, NIa-Pro и NIb. [39] Факторы хозяина, присутствующие в репликационных пузырьках, включают eIF4A и несколько белков теплового шока .
Как и большинство вирусов растений, потивирусы эволюционировали, чтобы перемещаться из одной растительной клетки в другую через плазмодесмы . Однако, в отличие от некоторых хорошо изученных вирусов растений, таких как вирус табачной мозаики , потивирусы не имеют единого белка движения , а вместо этого собирают комплекс движения вокруг плазмодесмы. [40] Этот комплекс в основном состоит из трех вирусных белков: CI, CP, P3N-PIPO. Конические включения CI прикреплены к плазмодесмам с помощью P3N-PIPO на ранних стадиях заражения потивирусом. Это позволяет включению направлять либо вирусные частицы, либо вирусные комплексы РНК-CP через плазмодесмы. Везикулы репликации также привлекаются к комплексу движения, что позволяет предположить, что репликация и движение сопряжены. Везикулы репликации привлекаются с помощью P3N-PIPO, который взаимодействует как с CI, так и с P3 через общий домен P3N. [14] Взаимодействие P3 с 6K2 позволяет репликационным везикулам прикрепляться к комплексу движения.
Потивирусы появились между 6600 и 7250 годами назад. [41] [42] По-видимому, они появились на юго-западе Евразии или в Северной Африке . Оценочная скорость мутаций составляет около 1,15 × 10 −4 нуклеотидных замен/сайт/год. [ необходима ссылка ]
Сельское хозяйство было введено в Австралию в 18 веке. Это введение также включало патогены растений. Тридцать восемь видов потивирусов были выделены в Австралии. Восемнадцать потивирусов были обнаружены только в Австралии и предположительно являются эндемичными там. Остальные двадцать, по-видимому, были введены вместе с сельским хозяйством. [ необходима цитата ]
Исторически диагностика потивирусов основывалась на обнаружении различных белковых включений в инфицированных растительных клетках. Они могут выглядеть как кристаллы в цитоплазме или ядре, как аморфные X-тела, мембранные тела, вироплазмы или вертушки. [43] Включения могут содержать или не содержать (в зависимости от вида) вирионы. [ необходима цитата ] Эти включения можно увидеть с помощью световой микроскопии в полосках листьев инфицированной растительной ткани, окрашенных оранжево-зеленым (белковая окраска), но не лазури А (окраска нуклеиновой кислоты). [44] [45] [46]
Современные методы обнаружения в основном основаны на обратной транскрипции ПЦР . [47]
Potyvirus содержит следующие виды: [2]
Еще четыре вируса ранее были классифицированы как виды этого рода, но были отменены из-за отсутствия информации о генетической последовательности: [48]
В 1992 году потивирусы были дополнительно разделены на группы видов PVY, SCMV, BYMV, BCMV. В 2010 году Гиббс и Ошима разработали более обширную молекулярную филогению с теми же четырьмя, но также и с несколькими новыми группами: BtMV, ChVMV, DaMV, OYDV, PRSV, TEV и TuMV. [42]
Содержит 16 видов, включая типовой вид рода (вирус картофеля Y). Основные хозяева: девять Solanaceae , три Amaranthus , три Asteraceae , один Lilium и один Amaryllis . [42]