Viroider

Viroider
Sekundär struktur PSTVd
Vetenskaplig klassificering [1]
Grupp:Virus [2]Grupp:Viroider
Internationellt vetenskapligt namn
Viroider
familjer
Pospiviroidae Avsunviroidae
Systematik på Wikispecies Bilder på Wikimedia Commons NCBI   12884 EOL   60605243

Viroider ( eng.  Viroids ) är smittämnen som endast består av cirkulärt RNA . De orsakar olika växtsjukdomar , inklusive potatisspindelknöl , citrus exocortis krysantemumdvärgväxt . Enligt forskare orsakas mer än en tredjedel av växternas virussjukdomar av viroider [3] .

Viroider är kovalent slutna cirkulära enkelsträngade RNA -molekyler (ssRNA) med en längd på 246 till 467 nukleotider [4] (som jämförelse: genomet för det minsta kända viruset är 2000 nukleotider långt [3] ). Till skillnad från virus saknar viroider en proteinhölje ( kapsid ). Normalt existerar viroid cRNA i en stavformad form på grund av parningen av kvävehaltiga baser i strängen, vilket resulterar i dubbelsträngade regioner med enkelsträngade slingor. Vissa viroider finns i kärnan i en infekterad cell , där 200 till 100 000 kopior av viroidgenomet kan finnas närvarande. Andra viroider finns i kloroplaster .

Viroid RNA kodar inte för några proteiner, så viroider kan inte replikera på egen hand. Det antas att de för dessa ändamål använder värdcellens DNA - beroende RNA-polymeras , ett enzym som vanligtvis används för att syntetisera RNA på en DNA-mall. Men i en cell infekterad med en viroid använder detta enzym viroidens RNA, och inte värdcellens DNA, som mall för RNA-syntes. Denna RNA-molekyl, som är komplementär till viroidgenomet, används som mall för syntes av nya viroida RNA [5] .

En växt infekterad med en viroid kanske inte visar några symtom . Men samma viroid kan orsaka allvarlig sjukdom hos en annan växtart. Grunden för patogenicitet hos viroider har ännu inte fastställts, men det är känt att vissa regioner av viroid RNA krävs för det. Vissa bevis tyder på att viroider orsakar sjukdom genom att aktivera RNA- tystnadsmekanismerna i den eukaryota cellen som normalt arbetar för att skydda cellen från virus vars genom är dubbelsträngat RNA (dsRNA). Vid RNA-tystnad känner cellen igen dsRNA och förstör dem selektivt. Viroider kan störa denna process genom att binda komplementärt ( hybridisering ) till specifika värdcell-RNA-molekyler. Bildandet av hybrid-dsRNA från viroid- och cell-RNA utlöser RNA-tystnad som syftar till att förstöra hybridkomplexet. Som ett resultat förstörs värdcellens mRNA och vissa gener tystas . Oförmågan att uttrycka en viktig gen orsakar sjukdom i värdväxten. Det finns dock förslag om andra verkningsmekanismer för viroider på växtceller [5] .

Viroider är bland de replikerande RNA-innehållande patogenerna som orsakar olika sjukdomar hos växter och djur . Förutom viroider inkluderar sådana patogener satellit-RNA, viroidliknande växtsatellit-RNA och humant delta-hepatitvirus [ 6] .

Historik

På 1920-talet märkte bönder i New York och New Jersey symtom på en okänd sjukdom i potatis . Knölarna på drabbade växter förlorade sin normala form och blev spindelformade, varför denna sjukdom kallades för potatisspindelknöl ( PSTVd ) [7] . Symtom på sjukdomen uppträdde i växter som kom i kontakt med fragment av infekterade exemplar, därför orsakades sjukdomen av ett medel som kunde överföras från en växt till en annan. Däremot hittades ingen ovanlig svamp eller bakterier i de drabbade växterna, så man drog slutsatsen att sjukdomen orsakades av ett virus. Trots många försök att isolera och rena detta virus från spindelpotatisextrakt med allt mer sofistikerade metoder, har det inte varit möjligt att isolera det [8] .

1971 visade Theodor O. Diener att detta smittämne inte var ett virus, utan en helt ny typ av patogen, en åttiodel av storleken på ett typiskt virus, och myntade termen "viroid" [9] (det vill säga "virus" -gilla" för det). ). Parallellt genomfördes jordbruksstudier av egenskaperna hos viroider och grundläggande vetenskaplig forskning som syftade till att studera deras fysikaliska, kemiska och makromolekylära egenskaper. 1976 bevisade Senger och kollegor att patogenen som orsakar potatisspindelknölen är en "enkelsträngad, kovalent sluten, cirkulär RNA-molekyl, på grund av basparning, som får en tät stavliknande struktur." Detta var den första beskrivningen av viroidernas natur [10] .

Den cirkulära formen och enkelsträngade strukturen hos viroid-RNA-molekylen bekräftades med elektronmikroskopi [11] och den fullständiga genomsekvensen av potatisspindelknölviroiden (PSTVd) bestämdes 1978 av Hans Gross ( German  Gross ) och kollegor [12] . Denna viroid var den första eukaryota patogenen för vilken en fullständig molekylstruktur bestämdes.

Klassificering

Baserat på en jämförande analys av sekvenser och närvaron av en central konserverad region i den genomiska RNA-molekylen, delas alla för närvarande kända viroider in i två familjer . Fyra medlemmar av avokadofläckviroidgruppen ( ), även känd som Avsunviroidae eller grupp A, är för närvarande kända . I medlemmar av denna familj kan både plus- - och minussträngar av viroid-RNA:t att självextrahera från RNA- multimerer . Alla andra viroider som för närvarande är kända tillhör gruppen potato spindle tuber viroid (PSTVd), även känd som Pospiviroidae eller grupp B. RNA:t från dessa viroider har en konserverad region och är oförmögen till självexcision. Huvuddragen hos viroidfamiljer och karakteriserade medlemmar sammanfattas i tabellen nedan [6] . Det är värt att notera att, förutom de som listas nedan, andra viroider har isolerats, men de väntar på erkännande av International Committee on the Taxonomy of Viruses (ICTV) [4] .

Sekvensanalys visar att RNA från medlemmar av Pospiviroidae- familjen har 5 domäner : TL  (vänster terminal), P (patogen), C (central), V (variabel) och TR (  höger terminal). Gränserna mellan dessa domäner definieras av en skarp förändring i graden av sekvenshomologi mellan olika viroider. Tidigare ansågs dessa domäner ha specifika funktioner, till exempel är P-domänen associerad med viroid patogenicitet. Senare visade det sig dock att orsakerna bakom patogeniciteten hos viroider är mer komplexa, och manifestationen av symtom på sjukdomen är för närvarande associerad med olika determinanter som finns i olika domäner. Medlemmar av denna familj klassificeras i fem släkten huvudsakligen baserat på närvaron av mycket konserverade sekvenser i C-domänen och delvis på basis av närvaron av sekvenshomologier i andra domäner [14] .

Den taxonomiska statusen för viroidgruppen har inte fastställts. Enligt den senaste utgåvan (2015) av klassificeringen av virus (enligt International Committee on the Taxonomy of Viruses ) anses familjer av viroider bland familjerna av virus som inte tillhör en specifik ordning . 2016 föreslogs det att inkludera viroider inom det föreslagna kungariket Acytota , innehållande cellfria levande organismer [15] .

Byggnad

Viroid RNA uppvisar en hög grad av basparning genom hela molekylen. RNA från medlemmar av Pospiviroidae viks till en stavliknande struktur där korta dubbelsträngade regioner separeras av små enkelsträngade öglor. Även om avokadofläckviroiden också tros ha en stavformad sekundär struktur , har två andra medlemmar av familjen Avsunviroidae , persika  latent mosaikviroid och chrysanthemum chlorotic spot viroid, mer komplexa sekundära strukturer med flera hårnålar som sträcker sig från den centrala ( bark) del . Strukturen av viroider i cellen är fortfarande oklar, och det är möjligt att viroid-RNA antar flera alternativa konformationer i olika skeden av livscykeln [16] .

Det är allmänt accepterat att den vanligaste och vanligaste formen av viroid RNA villkorligt har en positiv polaritet och dess komplementära sträng har en negativ polaritet. Standarddefinitionen av polaritet för RNA, där kedjan som kodar för proteinet har positiv polaritet, är inte tillämplig i fallet med viroider, och de accepterade polaritetsvärdena väljs godtyckligt [16] .

Livscykel

Översiktsplan

Viroidreplikation utförs av den rullande ringmekanismen , i vilken linjära multimerer syntetiseras på det cirkulära RNA som används som mall. Värdcellens RNA-polymeras syntetiserar en enkelsträngad linjär komplementär negativ sträng på ett cirkulärt RNA med positiv polaritet. Eftersom det inte finns några uttalade termineringssignaler för RNA-polymeras på RNA-mallen, kan transkription gå i en cirkel i flera cykler, vilket resulterar i bildandet av linjärt multimert RNA [16] .

I Avsunviroidae skärs dessa multimera RNA vidare till separata monomera minussträngar, som är slutna till en ring. Sådana cirkulära minus-RNA fungerar vidare för en liknande process - syntesen av multimert linjärt RNA plus strängar, som skärs till monomerer som sluter sig till en ring. En sådan cykel kan ge upphov till flera nya dotter-RNA plus-strängar från den ursprungliga plusmallen, eftersom i både det första och andra fallet mallen transkriberas mer än en gång. Sådan replikering kallas symmetrisk , eftersom både plus- och minussträngar replikeras på samma sätt [16] .

Medlemmar av familjen Pospiviroidae replikerar i ett liknande mönster, men deras linjära multimera minus-kedjor, som bildas i den första omgången av transkription, skärs inte till monomerer, utan kopieras direkt till linjära multimera pluskedjor. Dessa plus-multimers skärs ytterligare till monomerer, som sluts till en ring genom inverkan av cellenzymer, vilket ger dotter cirkulära molekyler med positiv polaritet. Sådan replikering kallas asymmetrisk [16] .

Den rullande ringreplikationscykeln som beskrivs ovan kräver arbete av tre enzymer:

1. RNA-beroende RNA-polymeras , som syntetiserar multimera linjära kedjor;
2. RNA-skärande enzym ( endoribonukleas ), som skär multimera kedjor till linjära monomerer;
3. RNA- ligas , som stänger linjära monomerer i en ring [16] .

Polymerisation

Det cellulära DNA-beroende RNA-polymeraset II (RNAPII) tros vara involverat i replikeringen av Pospiviroidae , eftersom replikationen av dessa viroider blockeras vid låga koncentrationer av α-amanitin , en känd hämmare av detta enzym. Polymerisation i Avsunviroidae kräver deltagande av ett annat enzym, eftersom det inte stoppas av höga koncentrationer av α-amanitin. Direkta bevis på involveringen av RNA-polymeras II i viroidreplikation erhölls med användning av metoden för sam- immunoutfällning tillsammans med TL-domänen av viroiden , men rollen för var och en av subenheterna av RNA-polymeras II i denna process återstår att vara etablerat [4] . Möjligen är denna skillnad associerad med olika cellulära kompartment i vilka viroiderna i dessa två grupper är lokaliserade: viroider av familjen Pospiviroidae är belägna i cellkärnan, medan Avsunviroidae  är belägna i kloroplasterna i värdcellens cytoplasma . Kloroplast-RNA-polymeras liknar bakteriellt RNA-polymeras när det gäller resistens mot α-amanitin, så det är möjligt att viroider replikerar i kloroplaster med hjälp av kloroplast-RNA-polymeras [17] .

Cellulära RNA-polymeraser transkriberar vanligtvis endast dubbelsträngade DNA-mallar till RNA. Det är oklart hur viroider rekryterar dessa RNA-polymeraser och tvingar dem att använda sina enkelsträngade RNA-genom som en mall för komplementär RNA-syntes. År 2011 identifierades replikationsursprung för både Avsunviroidae och Pospiviroidae , så detta kan hjälpa till att etablera mekanismen för rekrytering av värdcell-RNA-polymeraser av viroider [17] .

Klippning

Viroider av familjen Avsunviroidae kan skära sina linjära multimera RNA till linjära monomerer in vitro i frånvaro av proteiner. Sådan skärning av en RNA-molekyl i sig själv kallas självskärande , och RNA-molekyler som kan skära sig själva kallas ribozymer , eftersom de kan uppvisa enzymatisk aktivitet i frånvaro av proteiner [17] .

Självskärning i Avsunviroidae RNA åstadkommes av en hammarhuvudstruktur (uppkallad efter dess likhet), som gör att brytningen sker vid en specifik fosfodiesterbindning som binder RNA:ts nukleotider. Andra självskärande RNA-strukturer har också identifierats i satellitviroidliknande RNA ( hårnålar ) och hepatit D-virus (deltastruktur). Alla dessa strukturer går sönder genom att paras ihop med baser på andra ställen i RNA-molekylen. Det har visats att dessa strukturer är kapabla att bilda monomerer från multimerer både in vitro och in vivo . Självskärning sker genom en nukleofil attack som utförs av nukleotidens 2'- hydroxyl som ligger vid bristningsstället. Som ett resultat bildas 2',3'-cykliskt fosfat på ena sidan av bristningen och fri 5'-hydroxyl bildas på den andra sidan [17] .

Det är inte känt hur de multimera plussträngarna av Pospiviroidae skärs till monomerer : de har inte visat sig vara kapabla att självskära. Det har föreslagits att cellulära enzymer kan användas för detta ändamål [18] . I synnerhet antas det att multimeren kan skäras till plusmonomerer av RNas III . Under 2015 visades effekten av Dicer -liknande protein 4 (DCL4), ett känt växtprotein med RNase III-aktivitet, på ackumuleringen av potatisspindelknölvirus i tobak Nicotiana benthamiana [4] .

Ligering

Ligering i den persika latenta mosaikviroiden (en medlem av familjen Avsunviroidae , lokaliserad i kloroplaster) kan ske utan inblandning av värdcellsproteiner. Det har visats att de linjära monomererna som härrör från självskärningen av multimera molekyler genom hammarhuvudstrukturen är kapabla till självligering in vitro , vilket bildar 3'→5'-fosfodiesterbindningar. Av denna anledning antas det att viroider från Avsunviroidae- familjen endast kräver värdcellens RNA-polymeras för replikering, eftersom de är kapabla att självskära och självligera utan hjälp av proteiner [18] .

Däremot kräver Pospiviroidae viroider värdcellsenzymer för att utföra alla stadier av livscykeln: polymerisation, skärning och ligering. Det har visats att RNA-ligas från veteplantor, involverat i splitsningen av tRNA- introner , kan stänga de linjära monomererna av potatisspindelknölviroid till en ring. Detta enzym, som bildar 3'→5'-fosfodiesterbindningar, är lokaliserat i kärnan, vilket gör det till en logisk kandidat för rollen som enzymet som utför RNA-ligering i Pospiviroidae [18] . Det visade sig emellertid att till och med ett RNas är kapabelt att stänga monomererna av denna viroid till en ring under in vitro- förhållanden . En annan möjlig kandidat för rollen av ett ligeringsenzym i viroidlivscykeln är DNA-ligas 1; det är möjligt att i detta fall bytet av enzymet som arbetar med DNA till RNA sker igen [4] .

Patogenicitet

Smittvägar och symtom

Det mest troliga sättet att överföra viroider är överföring genom mekanisk skada. Denna överföringsmekanism är utbredd bland växtpatogener. Smittämnet kommer in i en oinfekterad växt genom direktkontakt med en infekterad växt, med hjälp av kontaminerade trädgårdsredskap, genom frön , pollen eller genom insektsvektorer ( bladlöss eller humlor , men denna överföringsmetod verkar tveksam). Potatisspindelviroid misstänks också överföras tillsammans med potatisbladrullvirus (släktet Polerovirus av familjen Luteoviridae ). I detta fall kan viroiden vara innesluten i en viral kapsid så att en viral partikel som innehåller viroiden inuti bildas. Detta underlättar avsevärt spridningen av viroiden och komplicerar kontrollen av dess spridning [4] .

Väl i en ny växt börjar viroider replikera och föröka sig och flyttas till andra celler genom intercellulära broar ( plasmodesmata ). Med viroidinfektioner observeras en mängd olika symtom som kan påverka både hela växten som helhet och enskilda organ: blad , frukter , blommor , rötter , lagringsorgan. Sådana symtom inkluderar missfärgning av bladen, dvärgväxt, uppkomsten av orange fläckar, ökad fruktbildning, varav endast ett fåtal mognar, etc. [ 18] Värdar kan vara örtartade och vedartade växter , grönsaks- och prydnadsväxter . Vissa växter kan fungera som asymtomatiska bärare av viroider. Potatisspindelknölviroid finns till exempel främst i prydnadsväxter av familjerna Solanaceae, Norichnikovye (Scrophulariaceae ) och Asteraceae ( Asteraceae ) , där den inte ger några symtom, men den orsakar en allvarlig sjukdom hos tomater och potatis . Det är möjligt att anpassningen av viroiden till asymtomatiska värdar orsakade små förändringar i dess sekvens eller struktur, vilket avsevärt ökade symtomens svårighetsgrad [4] .

Fundamentals of pathogenicity

Trots deras extrema enkelhet i struktur är växtsjukdomar orsakade av viroider lika varierande som de som orsakas av växtvirus. Eftersom viroider inte kodar för proteiner måste deras effekt på växten vara resultatet av en direkt interaktion mellan viroid-RNA:t och innehållet i värdcellen. En analys av molekylära chimärer konstruerade från viroider från Pospiviroidae- familjen med olika svårighetsgrad av patogenicitet visade att svårighetsgraden av sjukdomssymtom beror på komplexa interaktioner som involverar tre av de fem viroida RNA-domänerna. Förändringar i nukleotidsekvensen i patogenicitetsdomänen (P) kan förändra viroidens infektionsförmåga och symtomens svårighetsgrad. Till exempel minskar vissa mutationer som förbättrar basparning i denna domän svårighetsgraden av symtomen [18] .

Den molekylära mekanismen genom vilken viroider orsakar sjukdom i växter är fortfarande oklart. Det har föreslagits att de första målen för viroiden är både nukleinsyror och värdcellens proteiner. Genomen av vissa viroider innehåller regioner som är komplementära till visst cellulärt RNA. I detta avseende antas det att sjukdomen börjar på grund av hämning av funktionerna hos dessa cellulära RNA eller deras skärning, riktad av viroid RNA (till exempel transskärning med en hammarhuvudstruktur). Till exempel har sekvensen för en del av RNA från potatisspindelviroiden likheter med sekvensen för däggdjurs U1 RNA (detta RNA är involverad i splitsning), och vissa viroider kan komplementärt para sig med 7S rRNA . Det är dock svårt att förklara hur en förändring i ett fåtal nukleotider kan förvandla en högpatogen viroid till en svag, eftersom dessa förändringar vanligtvis inte är lokaliserade på de platser som är tänkta att hybridisera med cellulära RNA [18] .

Viroiders patogenicitet kan också vara resultatet av mimik på molekylär nivå. På grund av särdragen hos strukturen eller sekvensen av nukleotider kan viroid RNA ersätta visst cellulärt RNA. Således hittades homologier mellan potatisspindeln tuber viroid och grupp I introner , såväl som U3B RNA involverat i RNA splitsning. Därför kan viroid RNA interferera med splitsning genom att ersätta funktionella cellulära RNA i splitsningskomplex [18] .

RNA-interferens kan också vara involverad i viroidpatogenes . Växter använder RNA-tysta mekanismer för att skydda mot virusinfektioner. Cellenzymer kan känna igen främmande dubbelsträngade RNA eller enkelsträngade RNA med en utvecklad rumslig struktur och skära dem i små interfererande RNA (siRNA) 21-26 nukleotider långa. I infekterade växter identifierades små RNA identiska med regioner av viroid RNA, och det visades att dessa siRNA bildades som ett resultat av cellenzymers arbete efter viruspenetrering. Utvecklingen av symtom på en viroidinfektion kan bero på aktivering eller nedreglering av cellulära målgener under inverkan av siRNA, men inga specifika målgener har identifierats hittills [19] .

Å andra sidan är det möjligt att det finns värdcellsproteiner som känner igen och interagerar med olika viroida strukturer. Det dubbelsträngade RNA-beroende proteinkinaset från däggdjur (PKR) aktiveras av potatisspindelknölviroid och dess sekundära struktur liknar den hos dubbelsträngat RNA. Ett samband visades mellan nivån av aktivering av detta enzym och svårighetsgraden av sjukdomssymtom i växten. Aktiverat PKR fosforylerar alfa-subenheten av den eukaryota proteinsyntesinitieringsfaktorn ( eIF2 ), vilket resulterar i hämning av proteinsyntesen i cellen. Aktivering av växthomologen PKR kan utlösa viroidpatogenes , eftersom PKR-aktivitet i däggdjursceller induceras av interferoner och aktiveras av dubbelsträngat RNA [18] .

Utvecklingen av en viroidinfektion kan också bero på andra värdcellsproteiner. Interaktionen mellan cellproteiner och viroider är extremt komplex eftersom den höga mutationshastigheten för viroider kan ha en signifikant effekt på deras genomiska sekvens och/eller struktur. År 2003 upptäcktes ett 65 kDa bromodomain -innehållande protein (VIRP1/BRP1) som har en RNA-bindande domän och en förmodad nukleär lokaliseringssignal (NLS). Detta protein kan interagera med TR -domänen hos potato spindle tuber viroid (PSTVd) och, i mindre utsträckning, hop stunt viroid (HSVd). Det visades att i tobaksväxter N. benthamiana och N. tabacum , där uttrycket av VIRP1 var undertryckt, utvecklades ingen infektion från PSTVd ​​och citrus exocortis viroid (CEVd). Dessa data, såväl som den nukleära lokaliseringen av proteinet, antyder dess möjliga roll i leveransen av viroiden till kärnan. Ett annat intressant exempel på interaktionen av en viroid med värdcellsproteiner är interaktionen med ett mycket talrikt floemprotein som innehåller en RNA-bindande domän, PP2, ett 49 kDa lektin . Detta protein interagerar med olika RNA-molekyler, inklusive HSVd (både in vitro och in vivo ); det antas att det är involverat i förflyttning av viroider över långa avstånd. Ett nyligen upptäckt mycket strukturerat 30 kDa-protein, Nt-4/1, kan påverka ackumuleringen och translokationen av PSTVd. Det bör noteras att den direkta interaktionen av viroider med proteiner såsom histoner , TFIIA och eIF1A involverar viroider i regleringen av kromatin , transkription och translation av värdcellsproteiner [4] .

Under 2016 visades hop stunt viroid (HSVd) orsaka demetylering av rRNA-gener i gurkbladsceller , vilket orsakade ökad rRNA-produktion. Symtom manifesteras inte bara i strukturen av sporofyten , utan också i gametofyten [20] .

Tabellen nedan listar kort tillgängliga data om interaktionen mellan viroider och värdcellsproteiner [4] .

Korsskydd

Fenomenet med korsskydd uppstår mellan olika stammar av samma viroid eller viroider med mycket likartade genomiska sekvenser. En växt infekterad med en viroid förhindrar en annan viroid från att replikera och orsaka sjukdom. Detta liknar viral interferens, där närvaron av ett virus i en cell hämmar replikationen av ett annat virus. Mekanismen för korsskydd hos viroider är okänd. Enligt en hypotes krävs begränsad värdcellfaktor för replikation, cell-till-cell-transport och ackumulering. Den olika affiniteten hos viroid-RNA för denna viroid kan avgöra vilka av viroiderna som kommer in i cellen samtidigt som kommer att dominera; dessutom kan interaktionen av viroid RNA med denna faktor bestämma dess patogenicitet [21] .

Diagnostik

Den första metoden som användes för snabb (inom två till tre dagar) identifiering av växter infekterade med viroider var polyakrylamidgelelektrofores ( PAGE ). Eftersom det är den enda diagnostiska metoden som inte kräver kunskap om den viroida genomsekvensen, är PAGE under denaturerande förhållanden fortfarande huvudmetoden för att identifiera nya viroider. Sedan början av 1980-talet har hybridiseringspunktblottar aktivt använts för rutinidentifiering , som gradvis ersatte PAGE. Ungefär 10 år senare började omvänd transkriptionspolymeraskedjereaktion användas för att arbeta med viroider [22] [23] .

Vissa viroidliknande medel

Plant viroidliknande satellit-RNA

Plantsatellit-RNA:n är små enkelsträngade RNA:n som är beroende av ett hjälpvirus för replikering och kapsidkapsidisering, men som de har liten eller ingen sekvenslikhet med. Dessutom krävs inte satellit-RNA för replikering av hjälpvirus, och de flesta av dem kodar inte för några proteiner. Satellit-RNA kan vara linjära eller cirkulära. Liksom viroider har satellit-RNA en hög basparningsstruktur. Till skillnad från viroider har de en kapsid och kan därför överföras mer effektivt från växt till växt. Dessutom, liksom Avsunviroidae , har alla viroidliknande cirkulära växtsatellit-RNA hårnåls- och hammarhuvudstrukturer som katalyserar klyvningen av multimera RNA till monomerer under replikering av rullande ring [21] .

Ett antal RNA-innehållande växtvirus stödjer satellit-RNA-replikation, förmodligen genom att tillhandahålla sitt eget RNA-beroende RNA-polymeras för satellit-RNA-replikation och kapsidproteiner för satellit-RNA-kapsidbildning. Närvaron av satellit-RNA kan påverka replikeringen av motsvarande hjälparvirus och modulera symptomen på sjukdomen det orsakar. Att döma av de befintliga likheterna härstammar viroider och viroidliknande satillitiska RNA från en gemensam förfader [21] .

Hepatit delta virus

Hepatit delta-virus (HDV) är en unik mänsklig patogen som delar ett antal gemensamma egenskaper med växtviroider och viroidliknande satellit-RNA. Det har föreslagits att HDV utvecklats från ett primitivt viroidliknande RNA via cellulärt transkriptupptag. Denna blodburna patogen replikerar i levern och orsakar ofta fulminant hepatit hos primater och andra däggdjur. Hepatit delta-virus kan också vara associerat med utvecklingen av levercancer . Det finns endast i närvaro av hepatit B-virus och använder hepatit B-virusets höljeprotein (S -antigen ) för att förpacka sitt RNA-genom. Eftersom hepatit delta-virus kräver ett viralt protein för förpackning, anses det vara ett satellit-RNA för hepatit B-virus. Över hela världen är mer än 15 miljoner människor infekterade med denna patogen, så hepatit orsakad av hepatit delta-virus är ett allvarligt folkhälsoproblem [21 ] .

Retrozymes

Retrozymer är en grupp av små icke-autonoma retrotransposoner fördelade i växtgenom och som innehåller ett hammarhuvud-ribozym. Ett retrozym är en självextraherande RNA-molekyl som innehåller två långa terminala regioner med upprepningar på cirka 300 bp långa, som var och en innehåller ett hammarhuvud-ribozym. De är ansvariga för förmågan att självklippa, vilket förmedlar excision av en RNA-molekyl med en längd på 600 till 1000 bp, som inte kodar för proteiner. Retrozymer transkriberas aktivt, vilket ger upphov till en mängd linjära och cirkulära RNA-molekyler, som ackumuleras olika i olika växtvävnader och i olika utvecklingsstadier. Retrozymers sekvenser är extremt varierande och visar ingen homologi annat än närvaron av ribozymer och terminala upprepningar som är gemensamma för alla retrotransposoner. Retrozymer ger upphov till RNA med olika polaritet, vilket bekräftar närvaron av rullande ring-RNA-replikation, såsom i viroider. Funktionerna av retrozymer i växtgenom är okända [24] .

Viroids and the RNA World Hypothesis

Diener föreslog 1989 att viroidernas unika egenskaper gör dem mer som "levande fossiler" från en hypotetisk precellulär RNA-värld än vad introner eller andra RNA gör [25] . I det här fallet är viroider, förutom växtvirologi, också viktiga för evolutionär biologi , eftersom deras egenskaper gör dem mer lika, jämfört med andra moderna RNA, de RNA som var ett nyckelsteg i övergången från livlös till levande materia ( abiogenes ). Dessa egenskaper hos viroider är:

1. Viroider är mycket små, vilket gör replikeringen lättare;
2. Viroid RNA har ett högt innehåll av guanin (G) och cytosin (C), vilket ökar deras stabilitet och replikeringsnoggrannhet;
3. Ringstruktur, som tillåter replikering att äga rum helt i frånvaro av tag-sekvenser;
4. Förekomsten av periodicitet i strukturen, vilket gör att de kan sättas samman som modulära enheter till större genom;
5. Viroider kodar inte för proteiner, vilket gör det möjligt för dem att existera i en miljö utan ribosomer ;
6. I vissa viroider är ribozymer, karakteristiska element i RNA-världen, involverade i replikationen.

Dieners hypotes glömdes bort fram till 2014, när Flores och kollegor i sin recension publicerade bevisen för denna hypotes som anges ovan [26] .

Betydelse

Genom att orsaka sjukdomar i ekonomiskt viktiga grödor och prydnadsväxter har viroider stor inverkan på det globala jordbruket. Hittills är viroida sjukdomar vanliga på alla kontinenter, där de har olika betydelse beroende på värdväxt och lokala fytosanitära åtgärder. Under 2014 listade European-Mediterranean Plant Protection Organisation tre arter av viroider från familjen Pospiviroidae som växtpatogener som kräver karantän : kokospalmen kadang-kadanga viroid, krysantemum dvärg viroid och potatis spindel tuber viroid. En annan art, tomatens apikala dvärgviroid, finns på listan över patogener som ger allvarliga oro [4] .

För närvarande används viroider för att studera de evolutionära förhållandena mellan RNA- och DNA-genom. De är också idealiska biologiska molekyler för att studera sambanden mellan strukturen och funktionerna hos RNA-molekyler [27] . Chrysanthemum dwarfism viroid kan användas för att modellera viroida sjukdomar för att studera dem och utveckla kontrollmetoder. Det kan snabbt och enkelt införas i krysantemumbladceller med hjälp av agrobakterier [28] . Potatisspindelknölviroid används vanligtvis som ett modellexperimentsystem för viroider från familjen Pospiviroidae , och den asymtomatiska latenta aubergineviroiden är kanske mest lämplig för att studera viroider från familjen Avsunviroidae [29] .

Anteckningar

1. ↑ Från och med 1998 är Viroids inte ett giltigt taxon under ICTV , utan används av det som ett gemensamt namn för en grupp av subvirala partiklar [klausuler 3.26 och 3.27 i International Code of Classification and Nomenclature of Viruses  (engelska) ].
2. ↑ Taxonomy of Viruses  på webbplatsen för International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) .
3. ↑ 1 2 Pommerville, Jeffrey C. Fundamentals of Microbiology  (obestämd) . — Burlington, MA: Jones and Bartlett Learning, 2014. - S.  482 . — ISBN 978-1-284-03968-9 .
4. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Katsarou K. , Rao AL , Tsagris M. , Kalantidis K. Infektiösa långa icke-kodande RNA.  (engelska)  // Biochimie. - 2015. - doi : 10.1016/j.biochi.2015.05.005 . — PMID 25986218 .
5. ↑ 1 2 Willey et al., 2009 , sid. 105-106.
6. ↑ 12 Acheson , 2011 , sid. 379.
7. ↑ Potatisspindelknöl  // Växthälsoinstruktör. - 2009. - ISSN 1935-9411 . - doi : 10.1094/PHI-I-2009-0804-01 .
8. ↑ ARS Research Timeline - Spåra den svårfångade viroiden (2 mars 2006). Hämtad 18 juli 2007. Arkiverad från originalet 6 juli 2007. (obestämd)
9. ↑ Diener TO Potatis spindel knöl "virus". IV. Ett replikerande RNA med låg molekylvikt.  (engelska)  // Virology. - 1971. - Vol. 45, nr. 2 . - s. 411-428. — PMID 5095900 .
10. ↑ Sanger HL , Klotz G. , Riesner D. , Gross HJ , Kleinschmidt AK Viroider är enkelsträngade kovalent slutna cirkulära RNA-molekyler som existerar som starkt basparade stavliknande strukturer.  (engelska)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1976. - Vol. 73, nr. 11 . - P. 3852-3856. — PMID 1069269 .
11. ↑ Sogo JM , Koller T. , Diener TO Potato spindle tuber viroid. X. Visualisering och storleksbestämning med elektronmikroskopi.  (engelska)  // Virology. - 1973. - Vol. 55, nr. 1 . - S. 70-80. — PMID 4728831 .
12. ↑ Gross HJ , Domdey H. , Lossow C. , Jank P. , Raba M. , Alberty H. , Sänger HL Nukleotidsekvens och sekundär struktur hos potatisspindelknölviroid.  (engelska)  // Nature. - 1978. - Vol. 273, nr. 5659 . - S. 203-208. — PMID 643081 .
13. ↑ Di Serio F. , Flores R. , Verhoeven J. Th. J. , Li S.-F. , Pallás V. , Randles JW , Sano T. , Vidalakis G. , Owens RA Aktuell status för viroid taxonomy  // Archives of Virology. - 2014. - 13 september ( vol. 159 , nr 12 ). - S. 3467-3478 . — ISSN 0304-8608 . - doi : 10.1007/s00705-014-2200-6 .
14. ↑ Acheson, 2011 , sid. 379-380.
15. ↑ Trifonov EN , Kejnovsky E. Acytota - associerat rike av försummat liv.  (engelska)  // Journal of biomolecular structure & dynamics. - 2016. - Vol. 34, nr. 8 . - P. 1641-1648. - doi : 10.1080/07391102.2015.1086959 . — PMID 26305806 .
16. ↑ 1 2 3 4 5 6 Acheson, 2011 , sid. 380.
17. ↑ 1 2 3 4 Acheson, 2011 , sid. 381.
18. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Acheson, 2011 , sid. 382.
19. ↑ Acheson, 2011 , sid. 382-383.
20. ↑ Castellano M. , Martinez G. , Marques MC , Moreno-Romero J. , Köhler C. , Pallas V. , Gomez G. Förändringar i DNA-metyleringsmönstret för den manliga värdgametofyten hos viroidinfekterade gurkväxter.  (engelska)  // Journal of experimental botany. - 2016. - doi : 10.1093/jxb/erw353 . — PMID 27697787 .
21. ↑ 1 2 3 4 Acheson, 2011 , sid. 383.
22. ↑ Owens RA , Sano T. , Duran-Vila N. Plantviroider: isolering, karakterisering/detektion och analys.  (engelska)  // Methods in molecular biology (Clifton, NJ). - 2012. - Vol. 894.-P. 253-271. - doi : 10.1007/978-1-61779-882-5_17 . — PMID 22678585 .
23. ↑ R.A. Mumford, K. Walsh & N. Boonham. En jämförelse av molekylära metoder för rutinmässig upptäckt av viroider .
24. ↑ Cervera A. , Urbina D. , de la Peña M. Retrozymer är en unik familj av icke-autonoma retrotransposoner med hammarhuvud-ribozymer som fortplantar sig i växter genom cirkulära RNA.  (engelska)  // Genombiologi. - 2016. - Vol. 17, nr. 1 . - P. 135. - doi : 10.1186/s13059-016-1002-4 . — PMID 27339130 .
25. ↑ Diener TO Circular RNAs: relics of precellular evolution?  (engelska)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1989. - Vol. 86, nr. 23 . - P. 9370-9374. — PMID 2480600 .
26. ↑ Flores R. , Gago-Zachert S. , Serra P. , Sanjuán R. , Elena SF Viroider: överlevande från RNA-världen?  (engelska)  // Årlig granskning av mikrobiologi. - 2014. - Vol. 68. - s. 395-414. - doi : 10.1146/annurev-micro-091313-103416 . — PMID 25002087 .
27. ↑ Acheson, 2011 , sid. 385.
28. ↑ Nabeshima T. , Doi M. , Hosokawa M. Agrobacterium-medierad ympning av krysantemumväxter (Chrysanthemum morifolium) med krysantemumstuntviroid.  (engelska)  // Journal of virological methods. - 2016. - Vol. 234. - S. 169-173. - doi : 10.1016/j.jviromet.2016.05.001 . — PMID 27155239 .
29. ↑ Daròs JA Aubergine latent viroid: ett vänligt experimentellt system i familjen Avsunviroidae.  (engelska)  // Molecular plant pathology. - 2016. - Vol. 17, nr. 8 . - P. 1170-1177. - doi : 10.1111/mpp.12358 . — PMID 26696449 .

Litteratur

• Nicholas H. Acheson. Grunderna i molekylär virologi . - 2:a upplagan .. - WILEY (John Wiley & Sons, Inc.), 2011. - P.  379 -383. — 528 sid. - ISBN 978-0-470-90059-8 .
• Joanne M. Willey, Linda M. Sherwood, Christopher J. Woolverton. Prescotts principer för mikrobiologi . — 1:a upplagan. - McGraw-Hill Higher Education, 2009. -  S. 105-106 . — 968 sid. - ISBN 978-0-07-337523-6 .

Ordböcker och uppslagsverk	Stor katalanska Britannica (online) Universalis
Taxonomi	EOL NCBI
I bibliografiska kataloger	GND : 4188394-9 J9U : 987007541295405171 LCCN : sh85143797 NDL : 00576103 NKC : ph656352