Вирус хлоротической пятнистости коровьего гороха - Cowpea chlorotic mottle virus

Вирус хлоротической пятнистости коровьего гороха
Вирус хлоротичной крапчатости коровьего гороха.jpg
Классификация вирусов е
(без рейтинга):Вирус
Область:Рибовирия
Королевство:Орторнавиры
Тип:Kitrinoviricota
Учебный класс:Alsuviricetes
Заказ:Мартелливиралес
Семья:Bromoviridae
Род:Бромовирус
Разновидность:
Вирус хлоротической пятнистости коровьего гороха

Вирус хлоротической пятнистости коровьего гороха, известный под аббревиатурой CCMV, представляет собой вирус который специфически инфицирует растение вигнум, или черноглазый горох. На листьях зараженных растений появляются желтые пятна, отсюда и название «хлоротичные». Подобно своему «братскому» вирусу, Вирус мозаики коровьего гороха (CPMV), CCMV производится растениями с высоким урожаем. У естественного хозяина вирусные частицы могут продуцироваться в количестве 1-2 мг на грамм инфицированной ткани листа. Принадлежащий к роду бромовирусов вирус хлоротической крапчатости вигны (CCMV) представляет собой небольшой сферический вирус растения. Другие представители этого рода включают вирус мозаики брома (BMV) и вирус крапчатости бобов (BBMV).

История

Bancroft et al. в 1967 описал первые эксперименты по выделению и характеристике вируса. С тех пор, из-за относительной легкости выращивания и изоляции, многие исследователи сосредоточили свое внимание на вирусе. Интерес научного сообщества к этому вирусу обусловлен еще одним заметным свойством: вирус можно разобрать и удалить генетический материал, РНК. Затем под слабокислой pH и с относительно большим количеством солей можно стимулировать самосборка белковых субъединиц в оболочку идентичного размера с вирусом. В результате получается пустой капсид, обладающий рядом интересных свойств. Сообщается о нескольких успешных попытках включить внутрь капсида другие материалы, такие как неорганические кристаллы. Это может привести к возможным лекарствам в будущем.

Геном и структура

CCMV состоит из икосаэдрического белкового капсида (T = 3)[1] то есть 28 нм в диаметре. Этот капсид состоит из 180 идентичных белковых субъединиц, каждая из которых имеет первичную структуру из 190 аминокислотных остатков. По оболочке вируса распределены три субъединицы: A, B и C. Субъединицы A расположены в пентамеры, а субъединицы B и C вместе расположены в гексамеры. Оболочка вируса состоит из 12 пентамеров и 20 гексамеров. Внутри капсида находится (+) геном оцРНК, состоящий примерно из 3000 нуклеотидов.[2] Геном разделен на три части (РНК-1-3), причем субгеномная часть называется РНК4.[1] РНК-1 с высокой плотностью окружена собственным капсидом. РНК-2 с небольшой плотностью также имеет собственный капсид. Поскольку РНК-3 и РНК-4 имеют среднюю плотность, они инкапсидируются вместе. Считается, что РНК-1 и РНК-2 участвуют в репликации вируса, тогда как РНК-3 играет роль в распространении инфекции по растению.[3] Когда РНК-3 недостаточна, репликация вируса все еще происходит, только на значительно сниженном уровне. Из-за этих четырех видов одноцепочечных молекул РНК с положительным смыслом геном CCMV кодирует четыре отдельных гена.[2]

Липофектамин - это реагент, который используется в лаборатории для трансфекции, позволяя чужеродной ДНК проникать в клетку-мишень. В исследовании Garmann et al. они обнаружили, что вирусные капсиды CCMV очень устойчивы, оставаясь неповрежденными даже после лечения РНКазой в отсутствие липофектамина.[2]

Вхождение в клетку-хозяин и взаимодействие

О взаимодействии растительного вируса и клетки-хозяина известно не так много из-за сложности изучения организмов с клеточными стенками. В одном исследовании изучались взаимодействия между CCMV и протопластами коровьего гороха и было обнаружено, что оно зависит от неспецифического связывания, в основном за счет электростатических взаимодействий между плазматической мембраной и вирусными частицами, особенно отрицательно заряженными везикулами и положительно заряженным N-концевым плечом белков оболочки вируса. дальнейшее обозначение CCMV как эндоцитарного вируса. Он также использует повреждения мембраны для введения вирусных частиц в клетку. В целом, наиболее эффективная инфекция произошла путем интернализации через повреждения мембраны хозяина.[4]

Один специфический белок, ORF3a, представляет собой белок движения, присутствующий в геноме CCMV, который помогает транспортировать вирусный геном к соседним растительным клеткам с помощью плазмодесм. Это позволяет вирусу обходить барьер клеточной стенки хозяина и эффективно инфицировать хозяина. Движение CCMV не требует почкования, потому что структуры канальцев увеличивают плазмодесмы достаточно, чтобы позволить прямое прохождение вирусного капсида через клеточную стенку.[5]

Типичная вирусная инфекция включает экспоненциальное увеличение концентрации вируса, за которым следует быстрое снижение репликации вируса. При дефиците РНК 3 репликация вируса все же происходит, только на значительно сниженном уровне. Также считается, что он отвечает за низкое соотношение белка оболочки к вирусной РНК.

Цикл репликации

Общее описание репликации (+) ssRNA вируса сферулами, образованными из мембраны эндоплазматического ретикулума

После проникновения вируса белковый капсид разрушается клеткой-хозяином, что позволяет распаковать вирусную РНК. РНК1 и РНК2 кодируют протеин 1a и 2a-полимеразу, соответственно, оба из которых экспрессируются с образованием белков репликации вируса внутри клетки.[6] Фактический процесс репликации происходит в мембранных везикулах, создаваемых инвагинациями мембраны эндоплазматического ретикулума хозяина. Вирусная РНК реплицируется в геном дцРНК с использованием РНК-зависимой РНК-полимеразы. Вновь синтезированная дцРНК используется как для транскрипции большего количества (+) оцРНК из матричной (-) цепи РНК, так и для репликации существующей (+) цепи РНК с получением множества копий для использования в качестве транслируемой мРНК. Во время этого процесса субгеномная РНК4 также транслируется с образованием белков вирусного капсида. Используя вновь синтезированные копии (+) оцРНК и капсидных белков, вирус собирается внутри везикулы.[7]

Рекомбинация

При совместном заражении растительных клеток-хозяев делецией двух разных генов CCMV мутанты, функциональный РНК-вирус геномы может быть восстановлен гомологичная рекомбинация ремонт.[8] Механизм рекомбинации, вероятно, представляет собой переключение цепи (выбор копии) во время репликации вирусной РНК. Скорость и частота этой рекомбинации позволяют предположить, что такое спасение генома, вероятно, важно в естественных популяциях CCMV.[8]

Сборка и выпуск

Электростатические свойства вируса хлоротической пятнистости вигны

Сборка вируса является ключом к его эффективности, поскольку он должен быть как достаточно стабильным, чтобы защитить свой геном перед проникновением в клетку, так и достаточно лабильным, чтобы передать свое генетическое содержимое в клетку-мишень при ее разборке. Одноцепочечная РНК проходит через небольшие поры, уже присутствующие в капсиде. При нейтральном pH белок капсида обратимо связывается с РНК, образуя прекапсидный комплекс. Он состоит из РНК, окруженной достаточным количеством капсидных белков (CP), чтобы нейтрализовать отрицательные заряды фосфатного остова РНК. Когда происходит подкисление, происходит необратимое конформационное изменение, в результате чего конечным продуктом становится икосаэдрический капсид. Это делается путем отправки любых избыточных CP из РНК за пределы нового капсида. Этот процесс зависит от основности CP из-за его N-концевого мотива, богатого аргинином (ARM), и внешней плотности отрицательного заряда капсида. Капсидный белок также участвует в перемещении вирусов, передаче, выражении симптомов и нацеленных на хозяев.[9] Как видно выше, сборка CCMV является механизмом, зависящим от pH, как и разборка. При pH 5 CCMV стабилен, но при pH 7,0 и без ионов, таких как Ca2 + или Mg2 +, происходит набухание диаметра капсида. Это создает отверстия в капсиде, но вирусная РНК в это время не высвобождается, что позволяет обратить этот процесс вспять. Это важно, поскольку было обнаружено, что ионы кальция необходимы для стабильности вируса. Хотя РНК не высвобождается спонтанно, когда происходит набухание и вирус находится в подходящей среде для инфекции, набухание вызывает высвобождение РНК в цитоплазму клетки-мишени.[10]

На рисунке справа показаны CCMV в кислых условиях (a) и CCMV при изменении pH и набухании (b), это позволяет электростатическим взаимодействиям, дополнительно усиливая способность вируса инфицировать хозяина.

Симптомология

Было обнаружено, что этот вирус заражает только клетки растений, в частности коровий горох. В первую очередь наблюдаемый симптом CCMV - яркий хлороз или желтая окраска листьев растения, известный как штамм CCMV-T. Этот хлороз наблюдался как менее серьезный эффект, вызывающий светло-зеленую окраску при заражении растений ослабленным штаммом, называемым CCMV-M. Результаты эксперимента, проведенного de Assis Filho et al. указали, что этот первичный симптом был вызван аминокислотой в положении 151 белка оболочки капсида.[11]

Векторы и передача

Было обнаружено, что CCMV передается бобовым листоедом, Cerotoma trifurcata, и пятнистый огуречный жук, Diabrotica undecimpunctata howardii. CCMV поражает бобы и вигновый горох, но было обнаружено, что репликация вируса намного выше, когда вирус приобретается и передается от бобов, а не от коровьего гороха.[12]

Как обсуждалось в разделе «Сборка и высвобождение», CCMV стабилизируется в кислых условиях (pH = 5,0). Считается, что кишечник насекомых обеспечивает кислые условия, обеспечивающие передачу и стабильность CCMV.[13]

Последние исследования дрожжей

В декабре 2018 г. репликация CCMV была полностью восстановлена ​​в Saccharomyces cerevisiae, разновидность дрожжей. В этом эксперименте было обнаружено, что белок 1a был единственным вирусным фактором, необходимым для индукции инвагинации эндоплазматического ретикулума и начала процесса репликации. Было обнаружено, что полимераза 2a рекрутируется белком 1a после образования сферулы репликации. Было реализовано одно ограничение для репликации CCMV в С. cerevisiae, и это было связано с отсутствием репликации РНК-3. Значение этого эксперимента выходит за рамки результатов, потому что С. cerevisiae является популярным модельным организмом для вирусной инокуляции и может открыть возможности для дальнейших исследований с CCMV.[6]

Ассоциированные вирусы

Следующие вирусы тесно связаны с CCMV и являются членами рода Bromovirus:[14]

  • Вирус крапчатости бобов
  • Вирус мозаики брома
  • Вирус желтой пятнистости кассии
  • Вирус желтого оперения меландрия
  • Скрытый вирус весенней красоты

Рекомендации

  1. ^ а б Speir JA, Munshi S, Wang G, Baker TS, Johnson JE (январь 1995 г.). «Структуры нативных и набухших форм вируса хлоротичной крапчатости вигны, определенные методами рентгеновской кристаллографии и криоэлектронной микроскопии». Структура. 3 (1): 63–78. Дои:10.1016 / S0969-2126 (01) 00135-6. ЧВК  4191737. PMID  7743132.
  2. ^ а б c Гарманн РФ (2014). Самосборка вируса хлоротической пятнистости коровьего гороха. Электронные диссертации и диссертации UCLA (Тезис). UCLA. Получено 10 марта 2019.
  3. ^ Хорст РК (2008). «Желтая полоска бобов = хлоротичная крапчатость бромовируса коровьего гороха. Желтая полоска = бромовирус хлоротичной крапчатости коровьего гороха». Справочник Весткотта по болезням растений (Седьмое изд.). Springer Нидерланды. стр.610. Дои:10.1007/978-1-4020-4585-1_986. ISBN  9781402045844.
  4. ^ Ренхорст, Йоханна (10 октября 1989 г.). «Ранние стадии инфицирования хлоротическим вирусом коровьего гороха». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  5. ^ «ORF3a - белок движения - вирус хлоротичной крапчатости коровьего гороха (CCMV) - ген и белок ORF3a». www.uniprot.org. Получено 2019-03-10.
  6. ^ а б Сиберт Б.С., Навин А.К., Пеннингтон Дж., Ван Х, Алквист П. (2018-12-26). «Белки репликации бромовируса хлоротической крапчатости коровьего гороха поддерживают репликацию матричной РНК в Saccharomyces cerevisiae». PLOS ONE. 13 (12): e0208743. Bibcode:2018PLoSO..1308743S. Дои:10.1371 / journal.pone.0208743. ЧВК  6306254. PMID  30586378.
  7. ^ "Bromoviridae ~ страница ViralZone". viralzone.expasy.org. Получено 2019-03-10.
  8. ^ а б Аллисон Р., Томпсон С., Алквист П. Регенерация функционального генома РНК-вируса путем рекомбинации между делеционными мутантами и необходимостью для вируса хлоротической пятнистости коровьего гороха 3a и генов оболочки для системной инфекции. 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. ^ Гарманн Р.Ф., Комас-Гарсия М., Гопал А., Ноблер С.М., Гелбарт В.М. (март 2014 г.). «Путь сборки вируса икосаэдрической одноцепочечной РНК зависит от силы притяжения между субъединицами». Журнал молекулярной биологии. 426 (5): 1050–60. Дои:10.1016 / j.jmb.2013.10.017. ЧВК  5695577. PMID  24148696.
  10. ^ Конечны Р., Трылска Дж., Тама Ф., Чжан Д., Бейкер Н.А., Брукс С.Л., Маккаммон Дж. А. (июнь 2006 г.). «Электростатические свойства капсидов вируса хлоротической крапчатости коровьего гороха и вируса мозаики огурца». Биополимеры. 82 (2): 106–20. Дои:10.1002 / bip.20409. ЧВК  2440512. PMID  16278831.
  11. ^ de Assis Filho FM, Paguio OR, Sherwood JL, Deom CM (апрель 2002 г.). «Вызвание симптомов вирусом хлоротической крапчатости коровьего гороха на Vigna unguiculata определяется по аминокислотному остатку 151 в белке оболочки». Журнал общей вирусологии. 83 (Pt 4): 879–83. Дои:10.1099/0022-1317-83-4-879. PMID  11907338.
  12. ^ Хоббс, HA; Фултон, Дж. Б. (11 сентября 1978 г.). «Передача жуками вируса хлоротической пятнистости коровьего гороха» (PDF). Фитопатология. 69 (3): 255–256. Дои:10.1094 / Фито-69-255.
  13. ^ Wilts, Bodo D .; Schaap, Iwan A. T .; Шмидт, Кристоф Ф. (май 2015 г.). «Набухание и размягчение вируса хлоротической пятнистости коровьего гороха в ответ на изменение pH». Биофизический журнал. 108 (10): 2541–2549. Bibcode:2015BpJ ... 108.2541W. Дои:10.1016 / j.bpj.2015.04.019. ЧВК  4457041. PMID  25992732.
  14. ^ «Международный комитет по таксономии вирусов (ICTV)». talk.ictvonline.org. Получено 2019-03-12.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка