Virus chlorotické skvrny Cowpea - Cowpea chlorotic mottle virus

Virus Cowpea chlorotic mottle
Cowpea chlorotic mottle virus.jpg
Klasifikace virů E
(bez hodnocení):Virus
Oblast:Riboviria
Království:Orthornavirae
Kmen:Kitrinoviricota
Třída:Alsuviricetes
Objednat:Martellivirales
Rodina:Bromoviridae
Rod:Bromovirus
Druh:
Virus chlorotické skvrny Cowpea

Virus chlorotické skvrny Cowpea, známý pod zkratkou CCMV, je a virus která konkrétně infikuje rostlinu cowpea, nebo hrášek černooký. Na listech infikovaných rostlin se vyskytují žluté skvrny, proto název „chlorotický“. Podobně jako jeho „bratrský“ virus, Virus mozaiky Cowpea (CPMV) se CCMV produkuje v rostlinách ve vysokém výtěžku. V přirozeném hostiteli mohou být virové částice produkovány v množství 1–2 mg na gram infikované listové tkáně. Virus cowpea chlorotic mottle (CCMV) patřící do rodu bromovirů je malý sférický rostlinný virus. Mezi další členy tohoto rodu patří virus chromové mozaiky (BMV) a virus širokých fazolí (BBMV).

Dějiny

Bancroft a kol. v roce 1967 popsal první experimenty k izolaci a charakterizaci viru. Od té doby, vzhledem k relativní snadnosti, s jakou se pěstuje a izoluje, mnoho vědců zaměřilo svou pozornost na virus. Zájem vědecké komunity o tento virus je také způsoben nápadnou vlastností: je možné virus rozebrat a odstranit genetický materiál, RNA. Pak pod mírně kyselým pH a s relativně vysokým množstvím solí je možné stimulovat vlastní montáž proteinových podjednotek do skořápky stejné velikosti jako virus. Tím se získá prázdná kapsida, která má řadu zajímavých vlastností. Uvádí se několik úspěšných pokusů o zabudování dalších materiálů, jako jsou anorganické krystaly, do kapsidy. To by v budoucnu mohlo vést k možné léčbě drogami.

Genom a struktura

CCMV se skládá z ikosahedrálního proteinového kapsidu (T = 3)[1] to je průměr 28 nm. Tato kapsida je konstruována ze 180 identických proteinových podjednotek, každá s primární strukturou 190 aminokyselinových zbytků. Existují tři podjednotky distribuované po virovém plášti, A, B a C. Podjednotky A jsou uspořádány v pentamerech a podjednotky B a C jsou společně uspořádány v hexamerech. Virová vrstva je vytvořena z 12 pentamerů a 20 hexamerů. Uvnitř kapsidy leží (+) ssRNA genom skládající se z přibližně 3000 nukleotidů.[2] Genom je rozdělen na tři části (RNA-1-3) se subgenomovou částí označovanou jako RNA4.[1] RNA-1 s vysokou hustotou je obklopena vlastní kapsidou. RNA-2 s hustotou světla má také svou vlastní kapsidu. Protože RNA-3 a RNA-4 mají střední hustotu, jsou enkapsidovány společně. Předpokládá se, že RNA-1 a RNA-2 se účastní replikace viru, zatímco RNA-3 hraje roli v šíření infekce v rostlině.[3] Když je RNA-3 deficitní, replikace viru stále probíhá, jen na výrazně snížené úrovni. Kvůli těmto čtyřem druhům jednovláknových pozitivně smysluplných molekul RNA kóduje genom CCMV čtyři samostatné geny.[2]

Lipofectamin je činidlo používané v laboratoři k usnadnění transfekce, které umožňuje cizí DNA vstoupit do cílové buňky. Ve studii Garmann et al. zjistili, že virové kapsidy CCMV jsou velmi robustní a zůstávají nedotčené i po léčbě RNázou v nepřítomnosti lipofektaminu.[2]

Vstup do hostitelské buňky a interakce

O interakci rostlinného viru a hostitelské buňky není známo mnoho kvůli obtížnosti studia organismů s buněčnými stěnami. Jedna studie zkoumala interakce mezi CCMV a protoplasty cowpea a zjistila, že je závislá na nespecifické vazbě, většinou se spoléhá na elektrostatické interakce mezi plazmatickou membránou a virovými částicemi, konkrétně negativně nabité vezikuly a pozitivně nabité N-koncové rameno virových obalových proteinů, další označení CCMV jako endocytického viru. Využívá také membránových lézí k zavedení virových částic do buňky. Celkově nejúčinnější infekce nastala internalizací prostřednictvím membránových lézí hostitele.[4]

Jeden specifický protein, ORF3a, je pohybový protein přítomný v genomu CCMV, který pomocí plasmodesmata pomáhá transportovat virový genom do sousedních rostlinných buněk. To umožňuje viru obejít bariéru buněčné stěny hostitele a účinně infikovat hostitele. Pohyb CCMV nevyžaduje pučení, protože tubulární struktury dostatečně zvětšují plasmodesmata, aby umožnily přímý průchod virové kapsidy buněčnou stěnou.[5]

Typická virová infekce zahrnuje exponenciální zvýšení koncentrace viru následované rychlým poklesem replikace viru. V přítomnosti deficitu RNA 3 stále dochází k replikaci viru, jen na výrazně snížené úrovni. Rovněž se předpokládá, že je odpovědný za nízký poměr bílkoviny k virové RNA.

Replikační cyklus

Obecné zobrazení replikace viru (+) ssRNA s kuličkami vytvořenými z membrány endoplazmatického retikula

Po vstupu viru je proteinová kapsida degradována hostitelskou buňkou, což umožňuje rozbalení virové RNA. RNA1 a RNA2 kódují protein 1a, respektive 2a-polymerázu, oba jsou exprimovány za vzniku virových replikačních proteinů v buňce.[6] Skutečný proces replikace nastává v membránových váčcích vytvořených invaginacemi hostitelské membrány endoplazmatického retikula. Virová RNA je replikována do dsRNA genomu s využitím RNA dependentní-RNA polymerázy. Nově syntetizovaná dsRNA se používá k transkripci více (+) ssRNA z řetězce templátu (-) RNA a stávající (+) RNA vlákno se replikuje za vzniku mnoha kopií, které lze použít jako translatovatelnou mRNA. Během tohoto procesu je subgenomová RNA4 také překládána za vzniku virových kapsidových proteinů. Pomocí nově syntetizovaných kopií (+) ssRNA a kapsidových proteinů se virus shromažďuje ve vezikulu.[7]

Rekombinace

Po společné infekci rostlinných hostitelských buněk dvěma různými delecemi genu CCMV mutanti, funkční RNA virus genomy lze regenerovat pomocí homologní rekombinace opravit.[8] Mechanismus rekombinace je pravděpodobně změna řetězce (volba kopie) během replikace virové RNA. Rychlost a frekvence této rekombinace naznačuje, že taková záchrana genomu je pravděpodobně významná u přirozených populací CCMV.[8]

Montáž a uvolnění

Elektrostatické vlastnosti viru chlorotických motýlů cowpea

Sestavení viru je klíčem k jeho účinnosti, protože musí být dostatečně stabilní, aby chránil svůj genom před vstupem do buňky, a dostatečně labilní, aby uvolnil svůj genetický obsah do cílové buňky při jeho rozložení. Jednovláknová RNA je provlečena malými póry již přítomnými v kapsidě. Při neutrálním pH se kapsidový protein reverzibilně váže na RNA a tvoří tak předkapsidový komplex. Skládá se z RNA obklopené dostatkem kapsidových proteinů (CP) k neutralizaci negativních nábojů páteře fosfátové RNA. Když dojde k okyselení, dojde k nevratné konformační změně, která vytvoří finální produkt ikosahedrální kapsidy. To se provádí odesláním přebytečných CP z RNA na vnější stranu nové kapsidy. Tento proces závisí na zásaditosti CP díky jeho N-koncovému motivu bohatému na arginin (ARM) a vnější hustotě negativního náboje kapsidy. Kapsidový protein se také podílí na virovém pohybu, přenosu, expresi symptomů a cílených hostitelích.[9] Jak je vidět výše, sestava CCMV je mechanismus závislý na pH, stejně jako demontáž. Při pH 5 je CCMV stabilní, ale při pH 7,0 a bez iontů jako Ca2 + nebo Mg2 + dochází k bobtnání průměru kapsidy. To vytváří otvory v kapsidě, ale virová RNA se v tuto chvíli neuvolňuje, což umožňuje obrácení tohoto procesu. To je důležité, protože ionty vápníku byly shledány nezbytnými pro stabilitu viru. Ačkoli RNA není uvolňována spontánně, když dojde k otoku a virus je ve vhodném prostředí pro infekci, otok způsobí uvolnění RNA do cytoplazmy cílové buňky.[10]

Obrázek vpravo ilustruje CCMV v kyselých podmínkách (a) a CCMV při změnách pH a bobtnání (b), což umožňuje elektrostatické interakce, což dále zvyšuje schopnost viru infikovat hostitele.

Symptomologie

Bylo pozorováno, že tento virus infikuje pouze rostlinné buňky, konkrétně Cowpeas. Primárně pozorovaným příznakem CCMV je jasná chloróza nebo žluté zabarvení v listech rostliny, známé jako kmen CCMV-T. Tato chloróza byla pozorována jako méně závažný účinek, který způsoboval světle zelené zbarvení při infikování rostlin oslabeným kmenem, označovaným jako CCMV-M. Výsledky experimentu provedeného de Assis Filho et al. naznačuje, že tento primární příznak byl způsoben aminokyselinou v poloze 151 kapsidového obalového proteinu.[11]

Vektory a přenos

Bylo zjištěno, že CCMV je přenášen broukem listovým, Cerotoma trifurcataa skvrnitý okurkový brouk, Diabrotica undecimpunctata howardii. CCMV ovlivňuje fazole a cowpeas, ale bylo zjištěno, že virová replikace je mnohem větší, když je virus získán a přenesen do fazolí spíše než do cowpeas.[12]

Jak je uvedeno v části „Sestavení a uvolnění“, CCMV je stabilizován kyselými podmínkami (pH = 5,0), předpokládá se, že střeva hmyzu poskytují kyselé podmínky, které umožňují přenos a stabilitu CCMV.[13]

Nedávné studie s kvasinkami

V prosinci 2018 byla replikace CCMV plně rekonstituována v Saccharomyces cerevisiae, druh kvasinek. V tomto experimentu bylo zjištěno, že protein 1a byl jediným virovým faktorem potřebným k vyvolání invaginace endoplazmatického retikula a zahájení procesu replikace. Bylo zjištěno, že polymeráza 2a je přijímána proteinem la po vytvoření replikační sféry. Bylo provedeno jedno omezení pro replikaci CCMV v S. cerevisiae, a to bylo způsobeno nedostatečnou replikací RNA-3. Význam tohoto experimentu přesahuje rámec výsledků, protože S. cerevisiae je populární modelový organismus pro virovou inokulaci a může otevřít cesty pro další výzkum s CCMV.[6]

Přidružené viry

Následující viry úzce souvisí s CCMV a jsou členy rodu Bromovirus:[14]

  • Virus skvrnité fazole
  • Virus chromové mozaiky
  • Virus žluté skvrny Cassia
  • Virus Fletch žluté melandrium
  • Latentní virus jarní krásy

Reference

  1. ^ A b Speir JA, Munshi S, Wang G, Baker TS, Johnson JE (leden 1995). „Struktury nativní a oteklé formy viru chlorotické skvrny cowpea stanovené rentgenovou krystalografií a kryoelektronovou mikroskopií“. Struktura. 3 (1): 63–78. doi:10.1016 / S0969-2126 (01) 00135-6. PMC  4191737. PMID  7743132.
  2. ^ A b C Garmann RF (2014). Vlastní shromáždění viru Cowpea Chlorotic Mottle. Elektronické práce a disertační práce UCLA (Teze). UCLA. Citováno 10. března 2019.
  3. ^ Horst RK (2008). "Bean Yellow Stipple = Cowpea Chlorotic Mottle Bromovirus Yellow Stipple = Cowpea Chlorotic Mottle Bromovirus". Příručka Westcott's Plant Disease Handbook (Sedmé vydání). Springer Nizozemsko. str.610. doi:10.1007/978-1-4020-4585-1_986. ISBN  9781402045844.
  4. ^ Roenhorst, Johanna (10. října 1989). „Počáteční fáze infekce Cowpea Chlorotic Mottle Virus“. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  5. ^ „ORF3a - Pohybový protein - Cowpea chlorotic mottle virus (CCMV) - ORF3a gen a protein“. www.uniprot.org. Citováno 2019-03-10.
  6. ^ A b Sibert BS, Navine AK, Pennington J, Wang X, Ahlquist P (2018-12-26). „Cowpea chlorotic mottle bromovirus replication proteiny support template-selective RNA replication in Saccharomyces cerevisiae“. PLOS ONE. 13 (12): e0208743. Bibcode:2018PLoSO..1308743S. doi:10.1371 / journal.pone.0208743. PMC  6306254. PMID  30586378.
  7. ^ "Bromoviridae ~ stránka ViralZone". viruszone.expasy.org. Citováno 2019-03-10.
  8. ^ A b Allison R, Thompson C, Ahlquist P. Regenerace funkčního genomu viru RNA rekombinací mezi delečními mutanty a požadavkem na virus cowpea chlorotic mottle 3a a krycími geny pro systémovou infekci. Proc Natl Acad Sci U S A. 1990 Mar; 87 (5): 1820-4. doi: 10,1073 / pnas.87.5.1820. PMID: 2308940; PMCID: PMC53575
  9. ^ Garmann RF, Comas-Garcia M, Gopal A, Knobler CM, Gelbart WM (březen 2014). „Cesta montáže ikosahedrálního jednovláknového RNA viru závisí na síle přitažlivosti mezi podjednotkami“. Journal of Molecular Biology. 426 (5): 1050–60. doi:10.1016 / j.jmb.2013.10.017. PMC  5695577. PMID  24148696.
  10. ^ Konecny ​​R, Trylska J, Tama F, Zhang D, Baker NA, Brooks CL, McCammon JA (červen 2006). „Elektrostatické vlastnosti kapsidy viru chlorotické skvrnitosti cowpea a viru mozaiky okurky“. Biopolymery. 82 (2): 106–20. doi:10.1002 / bip.20409. PMC  2440512. PMID  16278831.
  11. ^ de Assis Filho FM, Paguio OR, Sherwood JL, Deom CM (duben 2002). „Vyvolání příznaků virem Cowpea chlorotic mottle na Vigna unguiculata je určeno aminokyselinovým zbytkem 151 v obalovém proteinu“. The Journal of General Virology. 83 (Pt 4): 879–83. doi:10.1099/0022-1317-83-4-879. PMID  11907338.
  12. ^ Hobbs, HA; Fulton, JB (11. září 1978). „Přenos brouka viru chlorotické skvrny Cowpea“ (PDF). Fytopatologie. 69 (3): 255–256. doi:10.1094 / Phyto-69-255.
  13. ^ Wilts, Bodo D .; Schaap, Iwan A. T .; Schmidt, Christoph F. (květen 2015). „Otok a změkčení viru chlorotické skvrny Cowpea v reakci na změny pH“. Biofyzikální deník. 108 (10): 2541–2549. Bibcode:2015BpJ ... 108,2541 W.. doi:10.1016 / j.bpj.2015.04.019. PMC  4457041. PMID  25992732.
  14. ^ „Mezinárodní výbor pro taxonomii virů (ICTV)“. talk.ictvonline.org. Citováno 2019-03-12.

Další čtení

externí odkazy