Viroidy

Viroidy
Sekundární struktura PSTVd
Vědecká klasifikace [1]
Skupina:Viry [2]Skupina:Viroidy
Mezinárodní vědecký název
Viroidy
rodiny
Pospiviroidae Avsunviroidae
Systematika na Wikispecies Obrázky na Wikimedia Commons NCBI   12884 EOL   60605243

Viroidy ( angl.  Viroids ) jsou infekční agens sestávající pouze z kruhové RNA . Způsobují různé choroby rostlin , včetně hlíz bramborového vřetena , citrusových exocortis chryzantémového zakrslost . Podle vědců je více než třetina virových onemocnění rostlin způsobena viroidy [3] .

Viroidy jsou kovalentně uzavřené kruhové jednořetězcové molekuly RNA (ssRNA) o délce 246 až 467 nukleotidů [4] (pro srovnání: genom nejmenšího známého viru je dlouhý 2000 nukleotidů [3] ). Na rozdíl od virů postrádají viroidy proteinový obal ( kapsida ). Normálně existuje viroidní cRNA v tyčinkovité formě díky párování dusíkatých bází v řetězci, což vede k dvouřetězcovým oblastem s jednořetězcovými smyčkami. Některé viroidy se nacházejí v jadérku infikované buňky , kde může být přítomno 200 až 100 000 kopií viroidního genomu . Další viroidy se nacházejí v chloroplastech .

Viroidní RNA nekóduje žádné proteiny, takže viroidy se nemohou samy replikovat . Předpokládá se, že pro tyto účely používají DNA - dependentní RNA polymerázu hostitelské buňky , enzym , který se obvykle používá k syntéze RNA na templátu DNA. V buňce infikované viroidem však tento enzym používá RNA viroidu, a nikoli DNA hostitelské buňky, jako templát pro syntézu RNA. Tato molekula RNA, která je komplementární k viroidnímu genomu, se používá jako templát pro syntézu nových viroidních RNA [5] .

Rostlina napadená viroidem nemusí vykazovat žádné příznaky . Stejný viroid však může způsobit vážné onemocnění u jiného rostlinného druhu. Základ patogenity viroidů nebyl dosud stanoven, ale je známo, že jsou k tomu zapotřebí určité oblasti viroidní RNA. Některé důkazy naznačují, že viroidy způsobují onemocnění aktivací mechanismů tlumení RNA v eukaryotické buňce, které normálně pracují na ochraně buňky před viry, jejichž genom je dvouvláknová RNA (dsRNA). Při umlčování RNA buňka rozpoznává dsRNA a selektivně je ničí. Viroidy mohou interferovat s tímto procesem komplementární vazbou ( hybridizací ) na specifické molekuly RNA hostitelské buňky. Tvorba hybridních dsRNA z viroidní a buněčné RNA spouští umlčování RNA zaměřené na zničení hybridního komplexu. V důsledku toho je mRNA hostitelské buňky zničena a určité geny jsou umlčeny . Neschopnost exprimovat důležitý gen způsobuje onemocnění v hostitelské rostlině. Existují však návrhy na další mechanismy působení viroidů na rostlinné buňky [5] .

Viroidy patří mezi replikující se patogeny obsahující RNA , které způsobují různá onemocnění rostlin a zvířat . Kromě viroidů mezi takové patogeny patří satelitní RNA, viroidům podobné rostlinné satelitní RNA a lidský delta virus hepatitidy [ 6] .

Historie

Ve dvacátých letech minulého století farmáři v New Yorku a New Jersey zaznamenali příznaky neznámé choroby u brambor . Hlízy postižených rostlin ztratily svůj normální tvar a staly se vřetenovitými, proto se tato choroba nazývala bramborová vřetenovitá hlíza ( PSTVd ) [7] . Příznaky onemocnění se objevily u rostlin, které přišly do kontaktu s úlomky infikovaných exemplářů, proto bylo onemocnění způsobeno původcem, který se mohl přenášet z jedné rostliny na druhou. V postižených rostlinách však nebyla nalezena žádná neobvyklá houba ani bakterie, a tak se dospělo k závěru, že onemocnění je způsobeno virem. Přes četné pokusy izolovat a purifikovat tento virus z vřetenového bramborového extraktu za použití stále sofistikovanějších metod se jej nepodařilo izolovat [8] .

V roce 1971 Theodor O. Diener ukázal, že tímto infekčním agens není virus, ale zcela nový typ patogenu, osmdesátiny velikosti typického viru, a vytvořil termín „viroid“ [9] (tedy „virus -like" za to). ). Paralelně byly prováděny zemědělské studie charakteristik viroidů a základní vědecký výzkum zaměřený na studium jejich fyzikálních, chemických a makromolekulárních vlastností. V roce 1976 Senger a kolegové dokázali, že patogen způsobující vřetenovitou hlízu bramboru je „jednovláknová, kovalentně uzavřená, kruhová molekula RNA, která díky párování bází získává hustou tyčinkovitou strukturu“. Toto byl první popis povahy viroidů [10] .

Kruhový tvar a jednovláknová struktura molekuly viroidní RNA byla potvrzena elektronovou mikroskopií [11] a kompletní genomová sekvence viroidu vřetenovitosti brambor (PSTVd) byla stanovena v roce 1978 Hansem Grossem ( German  Gross ) a kolegové [12] . Tento viroid byl prvním eukaryotickým patogenem, u kterého byla stanovena kompletní molekulární struktura.

Klasifikace

Na základě srovnávací analýzy sekvencí a přítomnosti centrální konzervované oblasti v molekule genomové RNA jsou všechny v současnosti známé viroidy rozděleny do dvou rodin . V současné době jsou známi čtyři členové skupiny avokádových skvrnitých viroidů (ASBVd), také známé jako Avsunviroidae nebo skupina A. U členů této čeledi jsou plus-[ ] i mínusové řetězce viroidní RNA schopné k samoextrakci z RNA multimerů . Všechny ostatní v současnosti známé viroidy patří do skupiny viroidů hlíz bramborového vřetena (PSTVd), také známé jako Pospiviroidae nebo skupiny B. RNA těchto viroidů má konzervovanou oblast a není schopna samoexcize. Hlavní rysy rodin viroidů a charakterizovaných členů jsou shrnuty v tabulce níže [6] . Stojí za zmínku, že kromě níže uvedených byly izolovány další viroidy, které však čekají na uznání Mezinárodním výborem pro taxonomii virů (ICTV) [4] .

Sekvenční analýza ukazuje, že RNA členů čeledi Pospiviroidae má 5 domén : TL (levý terminál), P  (patogenní), C (centrální), V (variabilní) a TR (  pravý terminál). Hranice mezi těmito doménami jsou definovány ostrou změnou stupně sekvenční homologie mezi různými viroidy. Dříve se předpokládalo, že tyto domény mají specifické funkce, například P doména je spojena s viroidní patogenitou. Později se však ukázalo, že příčiny patogenity viroidů jsou komplexnější a projevy symptomů onemocnění jsou v současnosti spojeny s různými determinantami umístěnými v různých doménách. Členové této rodiny jsou klasifikováni do pěti rodů především na základě přítomnosti vysoce konzervovaných sekvencí v doméně C a částečně na základě přítomnosti sekvenčních homologií v jiných doménách [14] .

Taxonomický status skupiny viroidů nebyl stanoven. Podle posledního vydání (2015) klasifikace virů (podle Mezinárodního výboru pro taxonomii virů ) jsou rodiny viroidů považovány za rodiny virů, které nepatří do určitého řádu . V roce 2016 bylo navrženo zahrnout viroidy do navrhované říše Acytota obsahující bezbuněčné živé organismy [15] .

Budova

Viroidní RNA vykazuje vysoký stupeň párování bází v celé molekule. RNA členů Pospiviroidae se skládá do tyčinkovité struktury, ve které jsou krátké dvouvláknové oblasti odděleny malými jednovláknovými smyčkami. Ačkoli se také předpokládá, že viroid avokádové skvrnitosti má tyčkovitou sekundární strukturu , dva další členové čeledi Avsunviroidae , viroid broskvové  latentní mozaiky a viroid chlorotické skvrnitosti chryzantémy, mají složitější sekundární struktury s několika vlásenky vyčnívajícími z centrálního ( kůra) část . Struktura viroidů v buňce zůstává nejasná a je možné, že viroidní RNA přijímají několik alternativních konformací v různých fázích životního cyklu [16] .

Obecně se uznává, že nejběžnější a často se vyskytující forma viroidní RNA má podmíněně pozitivní polaritu a její komplementární řetězec má negativní polaritu. Standardní definice polarity pro RNA, ve které má řetězec kódující protein kladnou polaritu, není v případě viroidů použitelná a akceptované hodnoty polarity jsou voleny libovolně [16] .

Životní cyklus

Celkový plán

Replikace viroidů se provádí mechanismem rotujícího kruhu , ve kterém jsou lineární multimery syntetizovány na kruhové RNA použité jako templát. RNA polymeráza hostitelské buňky syntetizuje jednovláknový lineární komplementární negativní řetězec na kruhové RNA s pozitivní polaritou. Protože na matrici RNA nejsou žádné výrazné terminační signály pro RNA polymerázu, může transkripce probíhat v několika cyklech v kruhu, což vede k vytvoření lineární multimerní RNA [16] .

U Avsunviroidae jsou tyto multimerní RNA dále rozřezány na samostatné monomerní mínus řetězce, které jsou uzavřeny do kruhu. Takové kruhové mínus RNA dále slouží k podobnému procesu - syntéze multimerních lineárních RNA plus řetězců, které jsou rozřezány na monomery, které se uzavírají do kruhu. Takový cyklus může dát vzniknout několika novým dceřiným RNA plus řetězcům z původního plus templátu, protože v prvním i druhém případě je templát transkribován více než jednou. Taková replikace se nazývá symetrická , protože plusová i mínusová vlákna se replikují stejným způsobem [16] .

Členové čeledi Pospiviroidae se replikují podobným způsobem, ale jejich lineární multimerní mínusové řetězce, které se tvoří v prvním kole transkripce, nejsou rozřezány na monomery, ale jsou přímo zkopírovány do lineárních multimerních plusových řetězců. Tyto plus-multimery se dále štěpí na monomery, které se působením buněčných enzymů uzavřou do kruhu, čímž se získají dceřiné kruhové molekuly s kladnou polaritou. Taková replikace se nazývá asymetrická [16] .

Cyklus replikace rotujícího kruhu popsaný výše vyžaduje práci tří enzymů:

1. RNA-dependentní RNA polymeráza , která syntetizuje multimerní lineární řetězce;
2. RNA-štěpící enzym ( endoribonukleáza ), který štěpí multimerní řetězce na lineární monomery;
3. RNA ligáza , která uzavírá lineární monomery do kruhu [16] .

Polymerizace

Předpokládá se, že buněčná DNA-dependentní RNA polymeráza II (RNAPII) je zapojena do replikace Pospiviroidae , protože replikace těchto viroidů je blokována při nízkých koncentracích a-amanitinu , známého inhibitoru tohoto enzymu. Polymerizace u Avsunviroidae vyžaduje účast dalšího enzymu, protože ji nezastaví vysoké koncentrace α-amanitinu. Přímý důkaz o zapojení RNA polymerázy II do replikace viroidů byl získán pomocí metody koimunoprecipitace spolu s TL doménou viroidu, avšak úloha každé z podjednotek RNA polymerázy II v tomto procesu zůstává založeno [4] . Tento rozdíl je pravděpodobně spojen s různými buněčnými kompartmenty, ve kterých jsou viroidy těchto dvou skupin lokalizovány: viroidy z čeledi Pospiviroidae se nacházejí v buněčném jádře, zatímco Avsunviroidae  se nacházejí v chloroplastech umístěných v cytoplazmě hostitelské buňky. Chloroplastová RNA polymeráza je podobná bakteriální RNA polymeráze z hlediska odolnosti vůči α-amanitinu, takže je možné, že se viroidy replikují v chloroplastech pomocí chloroplastové RNA polymerázy [17] .

Buněčné RNA polymerázy typicky přepisují pouze dvouvláknové DNA templáty do RNA. Není jasné, jak viroidy získávají tyto RNA polymerázy a nutí je používat jejich jednovláknové RNA genomy jako templát pro komplementární syntézu RNA. V roce 2011 byly identifikovány počátky replikace pro Avsunviroidae i Pospiviroidae , takže to může pomoci stanovit mechanismus náboru RNA polymeráz hostitelské buňky viroidy [17] .

Řezání

Viroidy z čeledi Avsunviroidae mohou štěpit své lineární multimerní RNA na lineární monomery in vitro v nepřítomnosti proteinů. Takové řezání samotnou molekulou RNA se nazývá samořezání a molekuly RNA schopné samořezání se nazývají ribozymy , protože jsou schopny vykazovat enzymatickou aktivitu v nepřítomnosti proteinů [17] .

Samořezání v RNA z čeledi Avsunviroidae je dosaženo strukturou hammerhead (pojmenovanou podle své podobnosti), která způsobuje přerušení na specifické fosfodiesterové vazbě , která váže nukleotidy RNA. Další samořezné struktury RNA byly také identifikovány v satelitních RNA podobných viroidům ( vlásenky ) a viru hepatitidy D (delta struktura). Všechny tyto struktury se rozbijí spárováním s bázemi jinde v molekule RNA. Bylo ukázáno, že tyto struktury jsou schopné tvořit monomery z multimerů jak in vitro , tak in vivo . K samořezání dochází prostřednictvím nukleofilního útoku prováděného 2' -hydroxylem nukleotidu umístěného v místě ruptury. V důsledku toho se na jedné straně ruptury tvoří 2',3'-cyklický fosfát a na druhé straně volný 5'-hydroxyl [17] .

Není známo, jak jsou multimerní plus-řetězce Pospiviroidae rozřezány na monomery : nebylo zjištěno, že by byly schopné samořezání. Bylo navrženo, že pro tento účel lze použít buněčné enzymy [18] . Zejména se má za to, že multimer může být štěpen na plus-monomery RNázou III . V roce 2015 byl prokázán vliv Dicer -like protein 4 (DCL4), známého rostlinného proteinu s aktivitou RNázy III, na akumulaci viru hlíz bramborového vřetena v tabáku Nicotiana benthamiana [4] .

Ligace

Ligace ve viroidu latentní mozaiky broskve (člen čeledi Avsunviroidae , lokalizovaný v chloroplastech) může nastat bez zapojení proteinů hostitelské buňky. Bylo ukázáno, že lineární monomery, které jsou výsledkem samořezání multimerních molekul přes strukturu hammerhead, jsou schopné samoligace in vitro za vzniku 3'→5'-fosfodiesterových vazeb. Z tohoto důvodu se předpokládá, že viroidy z čeledi Avsunviroidae vyžadují pro replikaci pouze RNA polymerázu hostitelské buňky, protože jsou schopny samořezání a samoligace bez pomoci proteinů [18] .

Naproti tomu viroidy Pospiviroidae vyžadují enzymy hostitelské buňky k provedení všech fází životního cyklu: polymerace, řezání a ligace. Bylo ukázáno, že RNA ligáza ze semenáčků pšenice, zapojená do sestřihu intronů tRNA , může uzavřít lineární monomery viroidu hlíz vřetena bramboru do kruhu. Tento enzym, který tvoří 3'→5'-fosfodiesterové vazby, je lokalizován v jádře, což z něj činí logického kandidáta na roli enzymu, který provádí ligaci RNA u Pospiviroidae [18] . Ukázalo se však, že i jedna RNáza je schopna uzavřít monomery tohoto viroidu do kruhu za podmínek in vitro . Dalším možným kandidátem na roli ligačního enzymu v životním cyklu viroidů je DNA ligáza 1; je možné, že v tomto případě opět dojde k přepnutí enzymu pracujícího s DNA na RNA [4] .

Patogenita

Způsoby infekce a příznaky

Nejpravděpodobnějším způsobem přenosu viroidů je přenos mechanickým poškozením. Tento přenosový mechanismus je rozšířen mezi rostlinnými patogeny. Infekční agens proniká do neinfikované rostliny přímým kontaktem s infikovanou rostlinou, pomocí kontaminovaného zahradního nářadí, prostřednictvím semen , pylu nebo hmyzích přenašečů ( mšice nebo čmeláci , ale tento způsob přenosu se zdá být pochybný). Existuje také podezření, že viroid vřetena bramboru je přenášen spolu s virem svinování brambor (rod Polerovirus z čeledi Luteoviridae ). V tomto případě může být viroid uzavřen do virové kapsidy, takže se vytvoří virová částice obsahující viroid uvnitř. To značně usnadňuje šíření viroidu a komplikuje kontrolu jeho šíření [4] .

Jakmile jsou v nové rostlině, viroidy se začnou replikovat a množit a přesouvat se do jiných buněk přes mezibuněčné mosty ( plasmodesmata ). U viroidních infekcí jsou pozorovány různé příznaky, které mohou postihnout jak celou rostlinu jako celek, tak jednotlivé orgány: listy , plody , květy , kořeny , zásobní orgány. Mezi takové příznaky patří změna barvy listů, zakrslost, výskyt oranžových skvrn, zvýšená tvorba plodů, z nichž dozrává jen několik atd. [ 18] Hostiteli mohou být byliny a dřeviny , zelenina a okrasné plodiny. Některé rostliny mohou sloužit jako asymptomatické přenašeče viroidů. Například viroid vřetenovitosti brambor se vyskytuje především v okrasných rostlinách čeledí Solanaceae, Norichnikovye (Scrophulariaceae ) a Asteraceae ( Asteraceae ) , u kterých nezpůsobuje žádné příznaky, ale způsobuje vážné onemocnění rajčat a brambor . Je možné, že adaptace viroidu na asymptomatické hostitele způsobila malé změny v jeho sekvenci nebo struktuře, což významně zvýšilo závažnost symptomů [4] .

Základy patogenity

Navzdory své extrémní jednoduchosti struktury jsou choroby rostlin způsobené viroidy stejně rozmanité jako choroby způsobené rostlinnými viry. Protože viroidy nekódují proteiny, jejich účinek na rostlinu musí být výsledkem přímé interakce mezi viroidní RNA a obsahem hostitelské buňky. Analýza molekulárních chimér konstruovaných z viroidů čeledi Pospiviroidae s různou závažností patogenity ukázala, že závažnost symptomů onemocnění závisí na komplexních interakcích zahrnujících tři z pěti viroidních RNA domén. Změny v nukleotidové sekvenci v doméně patogenity (P) mohou změnit infekčnost viroidu a závažnost symptomů. Například některé mutace , které zvyšují párování bází v této doméně, snižují závažnost symptomů [18] .

Molekulární mechanismus, kterým viroidy způsobují onemocnění rostlin, zůstává nejasný. Bylo navrženo, že prvními cíli viroidu jsou jak nukleové kyseliny , tak proteiny hostitelské buňky. Genomy některých viroidů obsahují oblasti, které jsou komplementární k některé buněčné RNA. V tomto ohledu se předpokládá, že onemocnění začíná v důsledku inhibice funkcí těchto buněčných RNA nebo jejich řezání, řízeného viroidní RNA (například trans- řezání s hammerhead strukturou). Například sekvence části RNA viroidu vřetena bramboru má podobnosti se sekvencí savčí U1 RNA (tato RNA se účastní sestřihu) a některé viroidy se mohou komplementárně párovat s 7S rRNA . Je však obtížné vysvětlit, jak může změna několika nukleotidů změnit vysoce patogenní viroid ve slabý, protože tyto změny se obvykle nenacházejí v místech, která mají hybridizovat s buněčnými RNA [18] .

Patogenita viroidů může být také výsledkem mimikry na molekulární úrovni. Vzhledem ke zvláštnostem struktury nebo sekvence nukleotidů může viroidní RNA nahradit některé buněčné RNA. Byly tedy nalezeny homologie mezi viroidem hlíz bramborového vřetena a introny skupiny I , stejně jako U3B RNA zapojenou do sestřihu RNA. Viroidní RNA proto mohou interferovat se sestřihem nahrazením funkčních buněčných RNA v sestřihových komplexech [18] .

Na patogenezi viroidů se může také podílet RNA interference . Rostliny používají mechanismy umlčování RNA k ochraně před virovými infekcemi. Buněčné enzymy dokážou rozpoznat cizí dvouvláknové RNA nebo jednovláknové RNA s rozvinutou prostorovou strukturou a rozřezat je na malé interferující RNA (siRNA) dlouhé 21-26 nukleotidů. V infikovaných rostlinách byly identifikovány malé RNA identické s oblastmi viroidní RNA a ukázalo se, že tyto siRNA byly vytvořeny jako výsledek práce buněčných enzymů po průniku viru. Rozvoj příznaků viroidní infekce může být způsoben aktivací nebo downregulací buněčných cílových genů působením siRNA, ale dosud nebyly identifikovány žádné specifické cílové geny [19] .

Na druhé straně je možné, že existují proteiny hostitelské buňky, které rozpoznávají různé viroidní struktury a interagují s nimi. Savčí dvouvláknová RNA-dependentní proteinkináza (PKR) je aktivována viroidem vřetenovitosti hlíz bramboru a její sekundární struktura se podobá struktuře dvouvláknové RNA. Byl prokázán vztah mezi úrovní aktivace tohoto enzymu a závažností symptomů onemocnění u rostliny. Aktivovaná PKR fosforyluje alfa podjednotku eukaryotického faktoru spouštění syntézy proteinů ( eIF2 ), což vede k inhibici syntézy proteinů v buňce. Aktivace rostlinného homologu PKR může vyvolat patogenezi viroidů , protože v savčích buňkách je aktivita PKR indukována interferony a aktivována dvouvláknovou RNA [18] .

Rozvoj viroidní infekce může také záviset na jiných proteinech hostitelské buňky. Interakce buněčných proteinů s viroidy je extrémně složitá, protože vysoká míra mutací viroidů může mít významný vliv na jejich genomovou sekvenci a/nebo strukturu. V roce 2003 byl objeven protein obsahující 65 kDa bromodoménu (VIRP1/BRP1), který má doménu vázající RNA a předpokládaný jaderný lokalizační signál (NLS). Tento protein může interagovat s doménou TR viroidu hlíz vřetenovitého bramboru (PSTVd) a v menší míře viroidem chmelového stunt viroidu (HSVd) . Bylo prokázáno, že u rostlin tabáku N. benthamiana a N. tabacum , u kterých byla exprese VIRP1 potlačena, se infekce nevyvinula z PSTVd ​​​​a citrus exocortis viroid (CEVd). Tato data, stejně jako jaderná lokalizace proteinu, naznačují jeho možnou roli při dodávání viroidu do jádra. Dalším zajímavým příkladem interakce viroidu s proteiny hostitelské buňky je interakce s velmi četným proteinem floému obsahujícím doménu vázající RNA, PP2, lektin o velikosti 49 kDa . Tento protein interaguje s různými molekulami RNA, včetně HSVd (jak in vitro , tak in vivo ); předpokládá se, že se podílí na pohybu viroidů na velké vzdálenosti. Nedávno objevený vysoce strukturovaný 30 kDa protein, Nt-4/1, může ovlivnit akumulaci a translokaci PSTVd. Je třeba poznamenat, že přímá interakce viroidů s proteiny, jako jsou histony , TFIIA a eIF1A, zahrnuje viroidy v regulaci chromatinu , transkripci a translaci proteinů hostitelské buňky [4] .

V roce 2016 se ukázalo, že viroid hop stunt viroid (HSVd) způsobuje demetylaci genů rRNA v buňkách listů okurky , což způsobuje zvýšenou produkci rRNA. Symptomy se projevují nejen ve struktuře sporofytu , ale také u gametofytu [20] .

Níže uvedená tabulka stručně uvádí dostupné údaje o interakci viroidů s proteiny hostitelské buňky [4] .

Křížová ochrana

K fenoménu zkřížené ochrany dochází mezi různými kmeny stejného viroidu nebo viroidy s velmi podobnými genomovými sekvencemi. Rostlina infikovaná jedním viroidem brání jinému viroidu v replikaci a způsobit onemocnění. Je to podobné virové interferenci, kdy přítomnost jednoho viru v buňce inhibuje replikaci jiného viru. Mechanismus zkřížené ochrany u viroidů není znám. Podle jedné hypotézy je pro replikaci, přenos z buňky do buňky a akumulaci vyžadován omezený faktor hostitelské buňky. Rozdílná afinita viroidních RNA k tomuto viroidu může určovat, který z viroidů, které vstupují do buňky současně, bude převládat; navíc interakce viroidní RNA s tímto faktorem může určovat jeho patogenitu [21] .

Diagnostika

První metodou použitou pro rychlou (během dvou až tří dnů) identifikaci rostlin infikovaných viroidy byla elektroforéza na polyakrylamidovém gelu (PAGE). Protože je to jediná diagnostická metoda, která nevyžaduje znalost sekvence viroidního genomu, PAGE za denaturačních podmínek je stále hlavní metodou pro identifikaci nových viroidů. Od počátku 80. let se pro rutinní identifikaci aktivně používaly hybridizační bodové bloty , které postupně nahradily PAGE. Přibližně o 10 let později se pro práci s viroidy začala používat polymerázová řetězová reakce s reverzní transkripcí [22] [23] .

Někteří viroidní činitelé

Rostlinné viroidní satelitní RNA

Rostlinné satelitní RNA jsou malé jednovláknové RNA, které závisí na pomocném viru pro replikaci a kapsidizaci kapsid, ale se kterými mají malou nebo žádnou sekvenční podobnost. Navíc satelitní RNA nejsou nutné pro replikaci pomocného viru a většina z nich nekóduje žádné proteiny. Satelitní RNA mohou být lineární nebo kruhové. Stejně jako viroidy mají satelitní RNA vysokou strukturu párování bází. Na rozdíl od viroidů mají kapsidu, a proto mohou být účinněji přenášeny z rostliny na rostlinu. Navíc, stejně jako Avsunviroidae , všechny cirkulární rostlinné satelitní RNA podobné viroidům mají vlásenkové a kladívkové struktury, které katalyzují štěpení multimerních RNA na monomery během replikace rotujícího kruhu [21] .

Řada rostlinných virů obsahujících RNA podporuje replikaci satelitní RNA, pravděpodobně poskytováním své vlastní RNA-dependentní RNA polymerázy pro satelitní replikaci RNA a kapsidových proteinů pro tvorbu satelitní RNA kapsidy. Přítomnost satelitních RNA může ovlivnit replikaci odpovídajícího pomocného viru a modulovat příznaky onemocnění, které způsobuje. Soudě podle existujících podobností viroidy a satilitické RNA podobné viroidům pocházejí ze společného předka [21] .

Virus hepatitidy delta

Virus hepatitidy delta (HDV) je jedinečný lidský patogen, který sdílí řadu společných znaků s rostlinnými viroidy a viroidními satelitními RNA. Bylo navrženo, že HDV se vyvinul z primitivní viroidní RNA prostřednictvím vychytávání buněčného transkriptu. Tento krví přenosný patogen se replikuje v játrech a často způsobuje fulminantní hepatitidu u primátů a jiných savců. Virus hepatitidy delta může také souviset s rozvojem rakoviny jater . Vyskytuje se pouze v přítomnosti viru hepatitidy B a používá obalový protein viru hepatitidy B (S - antigen ) k zabalení svého RNA genomu. Vzhledem k tomu, že virus hepatitidy delta vyžaduje pro balení virový protein, je považován za satelitní RNA viru hepatitidy B. Na celém světě je tímto patogenem infikováno více než 15 milionů lidí, takže hepatitida způsobená virem hepatitidy delta je vážným problémem veřejného zdraví [21 ] .

Retrozymy

Retrozymy jsou skupinou malých neautonomních retrotransposonů distribuovaných v rostlinných genomech a obsahujících kladívkový ribozym. Retrozym je samorozbalovací molekula RNA obsahující dvě dlouhé koncové oblasti repetic o délce asi 300 bp, z nichž každá obsahuje kladívkový ribozym. Jsou zodpovědné za schopnost samořezání, zprostředkování excize molekuly RNA o délce 600 až 1000 bp, která nekóduje proteiny. Retrozymy jsou aktivně transkribovány, čímž vznikají různé lineární a kruhové molekuly RNA, které se hromadí různě v různých rostlinných tkáních a v různých fázích vývoje. Sekvence retrozymů jsou extrémně variabilní a nevykazují žádnou jinou homologii než přítomnost ribozymů a terminálních repetic, které jsou společné všem retrotranspozonům. Retrozymy dávají vzniknout RNA různé polarity, což potvrzuje přítomnost rotující replikace RNA, jako je tomu u viroidů. Funkce retrozymů v rostlinných genomech nejsou známy [24] .

Viroidy a hypotéza světa RNA

Diener v roce 1989 navrhl , že jedinečné vlastnosti viroidů z nich dělají spíše „živé fosilie“ z hypotetického předbuněčného světa RNA než introny nebo jiné RNA [25] . V tomto případě jsou viroidy kromě rostlinné virologie důležité také pro evoluční biologii , protože svými vlastnostmi jsou ve srovnání s jinými moderními RNA více podobné těm RNA, které byly klíčovým krokem při přechodu z neživé hmoty na živou ( abiogeneze ). Tyto vlastnosti viroidů jsou:

1. Viroidy jsou velmi malé, což usnadňuje replikaci;
2. Viroidní RNA má vysoký obsah guaninu (G) a cytosinu (C), což zvyšuje jejich stabilitu a přesnost replikace;
3. Kruhová struktura, která umožňuje, aby replikace probíhala zcela v nepřítomnosti sekvencí značek;
4. Existence periodicity ve struktuře, která jim umožňuje sestavit jako modulární jednotky do větších genomů;
5. Viroidy nekódují proteiny, což jim umožňuje existovat v prostředí bez ribozomů ;
6. U některých viroidů se replikace účastní ribozymy, charakteristické prvky světa RNA.

Dienerova hypotéza byla zapomenuta až do roku 2014, kdy Flores a kolegové ve své recenzi publikovali výše uvedené důkazy této hypotézy [26] .

Význam

Tím, že viroidy způsobují choroby v ekonomicky důležitých plodinách a okrasných rostlinách, mají velký dopad na globální zemědělství. Dosud jsou viroidní choroby běžné na všech kontinentech, kde mají různý význam v závislosti na hostitelské rostlině a místních fytosanitárních opatřeních. V roce 2014 uvedla organizace European-Mediterranean Plant Protection Organization tři druhy viroidů z čeledi Pospiviroidae jako rostlinné patogeny vyžadující karanténu : viroid kokosové palmy kadang-kadanga, viroid trpasličí chryzantémy a viroid hlízy bramborového vřetena. Další druh, apikální trpasličí viroid rajčete, je na seznamu patogenů vzbuzujících vážné obavy [4] .

V současné době se viroidy používají ke studiu evolučních vztahů mezi genomy RNA a DNA. Jsou také ideálními biologickými molekulami pro studium vztahů mezi strukturou a funkcemi molekul RNA [27] . Chrysanthemum dwarfism viroid lze použít k modelování viroidních onemocnění za účelem jejich studia a vývoje metod kontroly. Lze jej rychle a snadno zavést do buněk listů chryzantémy pomocí agrobakterií [28] . Viroid vřetenovité hlízy bramboru se běžně používá jako modelový experimentální systém pro viroidy z čeledi Pospiviroidae a asymptomatický latentní viroid lilku je možná nejvhodnější pro studium viroidů z čeledi Avsunviroidae [29] .

Poznámky

1. ↑ Od roku 1998 není Viroids platným taxonem podle ICTV , ale je jím používán jako běžný název pro skupinu subvirových částic [články 3.26 a 3.27 Mezinárodního kódu klasifikace a nomenklatury virů  (anglicky) ].
2. ↑ Taxonomie virů  na webu Mezinárodního výboru pro taxonomii virů (ICTV) .
3. ↑ 1 2 Pommerville, Jeffrey C. Základy mikrobiologie  (neurčité) . — 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. Infekční dlouhé nekódující RNA.  (anglicky)  // Biochimie. - 2015. - doi : 10.1016/j.biochi.2015.05.005 . — PMID 25986218 .
5. ↑ 1 2 Willey et al., 2009 , str. 105-106.
6. ↑ 12 Acheson , 2011 , str. 379.
7. ↑ Hlíza vřetena brambor  // Instruktor zdraví rostlin. - 2009. - ISSN 1935-9411 . - doi : 10.1094/PHI-I-2009-0804-01 .
8. ↑ Časová osa výzkumu ARS – Tracking the Elusive Viroid (2. března 2006). Získáno 18. července 2007. Archivováno z originálu 6. července 2007. (neurčitý)
9. ↑ Diener TO "virus" hlízy vřetena bramboru. IV. Replikující se RNA s nízkou molekulovou hmotností.  (anglicky)  // Virology. - 1971. - Sv. 45, č.p. 2 . - S. 411-428. — PMID 5095900 .
10. ↑ Sanger HL , Klotz G. , Riesner D. , Gross HJ , Kleinschmidt AK Viroidy jsou jednořetězcové kovalentně uzavřené kruhové molekuly RNA existující jako tyčovité struktury s vysoce párovanými bázemi.  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1976. - Sv. 73, č.p. 11 . - S. 3852-3856. — PMID 1069269 .
11. ↑ Sogo JM , Koller T. , Diener TO viroid hlízy vřetenovitosti bramboru. X. Vizualizace a stanovení velikosti pomocí elektronové mikroskopie.  (anglicky)  // Virology. - 1973. - Sv. 55, č.p. 1 . - S. 70-80. — PMID 4728831 .
12. ↑ Gross HJ , Domdey H. , Lossow C. , Jank P. , Raba M. , Alberty H. , Sänger HL Nukleotidová sekvence a sekundární struktura viroidu hlíz vřetenovitého bramboru.  (anglicky)  // Nature. - 1978. - Sv. 273, č.p. 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 Současný stav viroidní taxonomie  // Archives of Virology. - 2014. - 13. září ( roč. 159 , č. 12 ). - S. 3467-3478 . — ISSN 0304-8608 . - doi : 10.1007/s00705-014-2200-6 .
14. ↑ Acheson, 2011 , str. 379-380.
15. ↑ Trifonov EN , Kejnovský E. Acytota - spojené království zanedbaného života.  (anglicky)  // Journal of biomolecular structure & dynamics. - 2016. - Sv. 34, č. 8 . - S. 1641-1648. - doi : 10.1080/07391102.2015.1086959 . — PMID 26305806 .
16. ↑ 1 2 3 4 5 6 Acheson, 2011 , str. 380.
17. ↑ 1 2 3 4 Acheson, 2011 , str. 381.
18. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 Acheson, 2011 , str. 382.
19. ↑ Acheson, 2011 , str. 382-383.
20. ↑ Castellano M. , Martinez G. , Marques MC , Moreno-Romero J. , Köhler C. , Pallas V. , Gomez G. Změny ve vzoru metylace DNA hostitelského samčího gametofytu viroidem infikovaných rostlin okurek.  (anglicky)  // Journal of experimental botaniky. - 2016. - doi : 10.1093/jxb/erw353 . — PMID 27697787 .
21. ↑ 1 2 3 4 Acheson, 2011 , str. 383.
22. ↑ Owens RA , Sano T. , Duran-Vila N. Rostlinné viroidy: izolace, charakterizace/detekce a analýza.  (anglicky)  // Metody v molekulární biologii (Clifton, NJ). - 2012. - Sv. 894, str. 253-271. - doi : 10.1007/978-1-61779-882-5_17 . — PMID 22678585 .
23. ↑ R. A. Mumford, K. Walsh & N. Boonham. Srovnání molekulárních metod pro rutinní detekci viroidů .
24. ↑ Cervera A. , Urbina D. , de la Peña M. Retrozymy jsou jedinečnou rodinou neautonomních retrotranspozonů s ribozymy kladivoun, které se v rostlinách množí prostřednictvím kruhových RNA.  (anglicky)  // Genome biology. - 2016. - Sv. 17, č. 1 . - S. 135. - doi : 10.1186/s13059-016-1002-4 . — PMID 27339130 .
25. ↑ Diener TO Cirkulární RNA: pozůstatky předbuněčné evoluce?  (anglicky)  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 1989. - Sv. 86, č.p. 23 . - S. 9370-9374. — PMID 2480600 .
26. ↑ Flores R. , Gago-Zachert S. , Serra P. , Sanjuán R. , Elena SF Viroidy: přeživší ze světa RNA?  (anglicky)  // Annual review of microbiology. - 2014. - Sv. 68. - S. 395-414. - doi : 10.1146/annurev-micro-091313-103416 . — PMID 25002087 .
27. ↑ Acheson, 2011 , str. 385.
28. ↑ Nabeshima T. , Doi M. , Hosokawa M. Agrobacterium zprostředkované očkování rostlin chryzantémy (Chrysanthemum morifolium) viroidem chryzantémy.  (anglicky)  // Journal of virological methods. - 2016. - Sv. 234. - S. 169-173. - doi : 10.1016/j.jviromet.2016.05.001 . — PMID 27155239 .
29. ↑ Daròs JA Lilek latentní viroid: přátelský experimentální systém z čeledi Avsunviroidae.  (anglicky)  // Molekulární patologie rostlin. - 2016. - Sv. 17, č. 8 . - S. 1170-1177. - doi : 10.1111/mpp.12358 . — PMID 26696449 .

Literatura

• Nicholas H. Acheson. Základy molekulární virologie . - 2. vydání .. - WILEY (John Wiley & Sons, Inc.), 2011. - S.  379 -383. — 528 s. - ISBN 978-0-470-90059-8 .
• Joanne M. Willey, Linda M. Sherwood, Christopher J. Woolverton. Prescottovy principy mikrobiologie . — 1. vydání. - McGraw-Hill Higher Education, 2009. - S.  105-106 . — 968 s. - ISBN 978-0-07-337523-6 .

Slovníky a encyklopedie	Velká Katalánština Britannica (online) Universalis
Taxonomie	EOL NCBI
V bibliografických katalozích	GND : 4188394-9 J9U : 987007541295405171 LCCN : sh85143797 NDL : 00576103 NKC : ph656352