Вирус перистой крапчатости сладкого картофеля - Sweet potato feathery mottle virus

Вирус перистой крапчатости сладкого картофеля
Классификация вирусов е
(без рейтинга):Вирус
Царство:Рибовирия
Королевство:Орторнавиры
Тип:Писувирикота
Класс:Stelpaviricetes
Порядок:Пататавиралес
Семья:Potyviridae
Род:Потивирус
Виды:
Вирус перистой крапчатости сладкого картофеля
Синонимы
  • Вирус хлоротичной листовой пятнистости сладкого картофеля
  • Вирус внутренней пробки сладкого картофеля
  • Вирус красновато-коричневого крэка сладкого картофеля
  • Вирус сладкого картофеля А

Вирус перистой крапчатости сладкого картофеля (SPFMV) является членом рода Потивирус в семье Potyviridae. Он наиболее широко признан одним из наиболее часто встречающихся возбудителей вирусного заболевания сладкого картофеля (ВПЗС) и в настоящее время наблюдается на всех континентах, кроме Антарктиды.[1][2][3] Количество мест, где он находится, все еще увеличивается; Обычно предполагается, что вирус присутствует везде, где находится его хозяин.[4] У этого вируса четыре штамма, которые встречаются в разных частях света.[3]

История

SPFMV был впервые обнаружен в Соединенных Штатах 70 лет назад, и в настоящее время это самый распространенный вирус сладкого картофеля в мире.[3] На присутствие этого вируса обычно указывает наличие вирусного заболевания сладкого картофеля, поскольку он реже замечается сам по себе. Недавно SPFMV был обнаружен в Италии как основной источник итальянского SPVD.[4]

Структура

Все потивирусы представляют собой вирусы без оболочки с геномами одноцепочечной РНК с положительным смыслом.[5] Геном SPFMV составляет приблизительно 10 820 оснований, немного варьируя в зависимости от конкретного штамма.[6] Большая часть генома SPFMV представляет собой одну открытую рамку считывания, за которой следует 3 ’UTR и поли (A) хвост. 3 ’UTR демонстрирует вторичную структуру, которая может участвовать в распознавании вирусной репликазы. Все потивирусы имеют 3 ’поли (A) последовательности, хотя у них отсутствует клеточная сигнальная последовательность для добавления поли (A) хвоста. Кодируемые гены - это P1, HC-Pro (протеиназа вспомогательного компонента), P3, 6K1, CI, 6K2, NIa, NIb и цистрон белка оболочки, который обнаружен во множестве других вирусов. Во время репликации весь геном транслируется как полипротеин и расщепляется. Ген цистрона расположен около 3 ’конца.[7]

ПротеинФункция белка
P1Протеиназа, активность связывания оцРНК
HC-ProПротеиназа, способствует передаче тлей на большие расстояния
P3Функция вирусной репликации
6K1Неизвестно
CIЦитоплазматический белок включения, активность РНК-геликазы
6K2Неизвестно (участвует в репликации вируса)
NIaVPg (белок, связанный с вирусным геномом) и протеиназа
NIbВирусная репликаза
ЦистронБелок оболочки, сборка вириона, контроль передачи вируса, распространение вируса

ТАБЛИЦА 1: Вирусные белки и функции SPFMV.[8]

В целом, геном на 10-15% длиннее средней длины генома потивируса; Соответственно, цистрон также уникально велик в этом вирусе. Вирион длинный, гибкий, стержневой блок и имеет длину от 810 до 865 нм.[9]

Жизненный цикл

Специфика цикла репликации SPFMV полностью не известна. После входа протеиназа хелперного компонента (HcPro) связывает eIF4E, фактор инициации трансляции, связывающийся с эукариотическим кэпом, который играет решающую роль в репликации потивируса. VPg и NIa также взаимодействуют с факторами инициации трансляции, чтобы запустить процесс трансляции.[10] Затем геном транслируется в полипротеин, который затем расщепляется по определенным последовательностям расщепления тремя протеазами, HC-Pro, P1 и NIa-Pro, которые также кодируются в вирусном геноме.[11] HcPro также подавляет молчание генов с помощью миРНК и миРНК в организме хозяина, что способствует цитопатическим эффектам в растении. Если хозяин обладает eIF4E, HcPro будет взаимодействовать с этим фактором, чтобы изменить транскрипцию клетки-хозяина.[10] После того, как вирусные белки транслируются, геном реплицируется (опосредовано 6K2, P3 и CI) и упаковывается в вирион.[8]

Передача и инфекция

Из-за наличия клеточной стенки проникновение вируса в клетки растений ограничивается механической передачей или передачей вектором, который может проникнуть в растение или повредить его и создать место проникновения вируса. SPFMV непостоянно передается на кончиках стилетов тлей, когда они кусают сладкий картофель.[12][13] Виды сладкого картофеля, пораженные SPFMV, разнообразны и включают многие виды Ipomoea. (I. alba, I. aquatica, I. heredifolia, I. nil, I. lacunose, I. purpurea, I. cordatotriloba, I. tricolor), три вида Nicotiana spp. (N. benthamiana, N. rustica, N. tabacum), Chenopodium quinoa и Datura stramonium.[14] Было показано, что вирус в первую очередь поражает вегетативную ткань, а не репродуктивную ткань, поэтому он не передается от родительских растений через их семена.[15]

Симптомы, диагностика и лечение

Эффекты SPFMV зависят от вида сладкого картофеля, а также от штамма вируса и могут варьироваться в зависимости от географического местоположения. Многие инфекции являются локализованными, легкими и часто бессимптомными, и их можно не лечить, не нанося значительного ущерба растению.[16] Наиболее частый симптом SPFMV - пурпурный узор на листьях.[17] Однако известно, что более вирулентные штаммы, такие как штамм красно-коричневой трещины (RC), вызывают некроз корней и хлороз листьев, а некоторые штаммы вызывают обесцвечивание корней.[6][13] Однако из-за значительного вклада SPFMV в вирусные заболевания сладкого картофеля многие исследования направлены на создание иммунитета к SPFMV у чувствительных растений. Одним из таких методов является создание трансгенных растений с использованием таких белков, как ингибиторы цистеиновых протеиназ, которые могут ингибировать расщепление вирусных полипротеинов.[1]

Генетическая изменчивость

Широкое распространение болезни способствует высокому уровню вариации между изолятами, поскольку многие из них разделены значительным географическим расстоянием и развивают уникальные мутации.[18] Различия между штаммами обусловлены дифференцировкой последовательностей в гене белка оболочки, что иногда приводит к различному иммунному ответу.[6] Таким образом, обнаружение различных штаммов осуществляется путем секвенирования генома или серологического анализа, что стало возможным благодаря заражению кроликов вирусом.[13] В настоящее время известно четыре штамма: EA, обнаруженный только в Восточной Африке; RC, найденный в Австралии, Африке, Северной Америке и Азии; О, из Африки, Азии и Южной Америки; и C из Австралии, Африки, Азии, Северной Америки и Южной Америки.[3]

Вирусное заболевание сладкого картофеля

Коинфекция / синергизм

В то время как SPFMV может действовать самостоятельно, вызывая болезнь на растения сладкого картофеля, его репутация более тесно связана с вирусным заболеванием сладкого картофеля (SPVD), которое вызывается одновременным инфицированием SPFMV вирусом хлоротического роста сладкого картофеля (SPCSV), который передается через белокрылки.[19] Предполагается, что активность HC-Pro, которая участвует в перемещении SPFMV на большие расстояния, является одним из основных механизмов распространения всех этих вирусов по всему растению. Поскольку SPFMV не так смертоносен, как некоторые, его способность перемещаться на большие расстояния является более опасной, когда он упакован с более вирулентными вирусными геномами.[8][11] Синергетические инфекции включают вирус и одновременно заражающий вирус, заражающие организм вместе, причем один вирус помогает другому, увеличивая его способность распространяться или увеличивая его репликативные способности.[19] Обратите внимание, что не каждое одновременное заражение может привести к коинфекции, но только при достижении определенной концентрации каждого вируса.[16]

Поскольку большинство вирусов растений проявляют слабые, локализованные эффекты и, как правило, остаются незамеченными или нелеченными, симптомы сопутствующих инфекций, такие как SPVD, представляют собой уникальную угрозу.[19] SPFMV - один из таких вирусов с умеренным воздействием, который усиливается за счет синергизма. Титры SPFMV могут быть до 600 раз больше, чем титры нормальной инфекции, в то время как титры SPCSV остаются относительно одинаковыми. Несколько других потивирусов влияют на синергетические заболевания, но очень немногие демонстрируют такие резкие изменения. Одним из таких примеров является вирус легкой крапчатости сладкого картофеля (SPMMV), который также коинфицирует с SPCSV, но с менее значительными результатами.[20]

Симптомы и влияние на сельское хозяйство

SPVD распространяется быстро и имеет множество симптомов, но обычно проявляется задержкой роста растений и появлением бледной окраски листьев, мозаичных узоров, аномального размера или узости, искажения или морщинистости.[21] Урожайность этих растений значительно снижается; наблюдается от половины его первоначального урожая до почти полного отсутствия урожая.[16][20] Поскольку не все вирусы, ассоциированные с SPVD, присутствуют в определенных частях мира, эффекты сочетанной инфекции у сладкого картофеля различаются. Например, в Океании сопутствующие инфекции, связанные с SPFMV, менее вирулентны, в то время как инфекции в южной части Африки демонстрируют больший ущерб и значительную потерю урожая сельскохозяйственных культур.[22]

Во многих районах, где СПВД вызывает серьезную озабоченность, сладкий картофель является недорогим продуктом питания коренных жителей.[3] Вирус особенно поражает бедные семьи и тех, кто живет вдали от городов, демографические группы, которые больше зависят от сладкого картофеля в качестве пищи. Распространение вируса усугубляется такими сельскохозяйственными методами, как «обрезка и размножение», при которых срезаются лозы уже существующих растений и используются их для создания новых; если исходное растение уже болеет, то при каждом последующем срезании тоже. Неправильно очищенные инструменты также увеличивают передачу вируса. Если зараженное растение было недавно разрезано, вирус может остаться на приборе и использовать повреждение клеточной стенки, разрезая растение, чтобы заразить его.[2]

Лечение и ведение СПВД

Раннее выявление и профилактика - наиболее эффективная стратегия борьбы с этим заболеванием. Наличие вредоносных вирусов может быть обнаружено и подтверждено иммуноферментным анализом (ELISA). При подтверждении больные растения необходимо удалить с участков, где растут другие.[21] Поскольку вирусы, способствующие возникновению SPVD, различаются в зависимости от географического местоположения инфекции, универсального лечения этого заболевания не существует. Однако, поскольку SPFMV является наиболее распространенным нарушителем, это хорошо изученная мишень для иммунитета растений. Генетическая модификация является одним из преобладающих методов защиты растений сладкого картофеля от сокращения SPVD. Было обнаружено, что растительные клетки, которые подвергаются трансфекции плазмидами, содержащими противовирусные гены, успешно развивают трансгенные растения.[1][2]

использованная литература

  1. ^ а б c Cipriani, G .; Fuentes, S .; Bello, V .; Salazar, L.F .; Ghislain, M .; Чжан, Д. (2001). «Трансгенная экспрессия ингибиторов цистеиновой протеиназы риса для развития устойчивости к вирусу пернатой крапинки сладкого картофеля». Ученые и фермер: партнеры в исследованиях 21 века: 267–71.
  2. ^ а б c Sivparsad, B.J .; Губба, А. (апрель 2014 г.). «Развитие трансгенного сладкого картофеля с множественной вирусной устойчивостью в Южной Африке (ЮАР)». Трансгенные исследования. 23 (2): 377–88. Дои:10.1007 / s11248-013-9759-7. PMID  24158330. S2CID  17821797.
  3. ^ а б c d е Тайро, Фред; Мукаса, Сеттумба Б .; Джонс, Роджер А.К .; Куллая, Алоис; Rubaihayo, Патрик Р .; Валконен, Яри П.Т. (Март 2005 г.). «Раскрытие генетического разнообразия трех основных вирусов, вызывающих вирусную болезнь сладкого картофеля (SPVD), и его практическое значение». Молекулярная патология растений. 6 (2): 199–211. Дои:10.1111 / j.1364-3703.2005.00267.x. PMID  20565651.
  4. ^ а б Parrella, G .; Де Страдис, А .; Джорджини, М. (март 2006 г.). «Вирус перистой крапинки сладкого картофеля является случайным возбудителем болезни, вызванной вирусом сладкого картофеля в Италии». Патология растений. 55 (6): 818. Дои:10.1111 / j.1365-3059.2006.01476.x.
  5. ^ Шукла, Д.Д .; Strike, PM; Tracy, S.L .; Gough, K.H .; Уорд, C.W. (1988). «N- и C-концы белков оболочки потивирусов расположены на поверхности, а N-конец содержит основные вирус-специфические эпитопы». Журнал общей вирусологии. 69 (7): 1497–508. Дои:10.1099/0022-1317-69-7-1497.
  6. ^ а б c Yamasaki, S .; Sakai, J .; Fuji, S .; Kamisoyama, S .; Эмото, К .; Ohshima, K .; Ханада, К. (май 2010 г.). «Сравнения изолятов вируса перистой крапчатости сладкого картофеля с использованием полных геномных последовательностей РНК». Архив вирусологии. 155 (5): 795–800. Дои:10.1007 / s00705-010-0633-0. PMID  20336334. S2CID  25235371.
  7. ^ Мори, Масаки; Усуги, Томио; Хаяси, Такахару; Нисигучи, Масамичи (май 1994 г.). «Нуклеотидная последовательность в 3'-концевой области РНК вируса пернатой крапчатости сладкого картофеля (обычный штамм, SPFMV-O)». Биология, биотехнология и биохимия. 58 (5): 965–7. Дои:10.1271 / bbb.58.965. PMID  7764983.
  8. ^ а б c Sakai, J .; Мори, М .; Моришита, Т .; Tanaka, M .; Hanada, K .; Усуги, Т .; Нисигучи, М. (1997). «Полная нуклеотидная последовательность и организация генома геномной РНК вируса перистой крапчатости сладкого картофеля (штамм S): большая кодирующая область гена P1». Архив вирусологии. 142 (8): 1553–62. Дои:10.1007 / s007050050179. PMID  9672618. S2CID  24716445.
  9. ^ Abad, J.A .; Conkling, M.A .; Мойер, Дж. (1992). «Сравнение цистрона капсидного белка из серологически различных штаммов вируса перистой крапчатости сладкого картофеля (SPFMV)». Архив вирусологии. 126 (1–4): 147–57. Дои:10.1007 / BF01309691. PMID  1524493. S2CID  25292778.
  10. ^ а б Ала-Пойкела, Марджо; Гития, Элиза; Хайконен, Туули; Раджамаки, Минна-Лийса; Валконен, Яри П.Т. (Июль 2011 г.). «Хелперный компонент протеиназы рода Potyvirus является партнером по взаимодействию факторов инициации трансляции eIF (iso) 4E и EIF4E и содержит мотив связывания 4E». Журнал вирусологии. 85 (13): 6784–94. Дои:10.1128 / JVI.00485-11. ЧВК  3126533. PMID  21525344.
  11. ^ а б Го, Бихонг; Линь, Цзиньчжун; Е, Кэцюн (июнь 2011 г.). «Структура автокаталитического домена цистеиновой протеазы протеиназы хелперного компонента потивируса». Журнал биологической химии. 286 (24): 21937–43. Дои:10.1074 / jbc.M111.230706. ЧВК  3122248. PMID  21543324.
  12. ^ Kennedy, J.S .; Дэй, М.Ф .; Истоп, В.Ф. (1962). Конспект тли как переносчиков вирусов растений. Лондон и Ридинг: Eastern Press Ltd.
  13. ^ а б c Мойер, JW .; Кали, Би-би-си (январь 1985 г.). «Свойства РНК вируса пернатой крапчатости сладкого картофеля и белка капсида». Журнал общей вирусологии. 66 (5): 1185–9. Дои:10.1099/0022-1317-66-5-1185.
  14. ^ Souto, E.R .; Sim, J .; Chen, J .; Кларк, К.А. (Октябрь 2003 г.). «Свойства штаммов вируса перистой крапчатости сладкого картофеля и двух недавно обнаруженных потивирусов, заражающих сладкий картофель в Соединенных Штатах». Болезнь растений. 87 (10): 1226–32. Дои:10.1094 / PDIS.2003.87.10.1226. PMID  30812727.
  15. ^ Уолтерс, Петра; Коллинз, Ванда; Мойер, Дж. (Апрель 1990 г.). «Вероятное отсутствие передачи вируса пернатой крапчатости сладкого картофеля через семена в сладком картофеле». HortScience. 25 (4): 448–9. Дои:10.21273 / HORTSCI.25.4.448.
  16. ^ а б c Karyeija, R.F .; Kreuze, J.F .; Gibson, R.W .; Валконен, J.P.T. (Март 2000 г.). «Синергетические взаимодействия потивируса и кринивируса, ограниченного флоэмой в растениях сладкого картофеля». Вирусология. 269 (1): 26–36. Дои:10.1006 / viro.1999.0169. PMID  10725195.
  17. ^ Ryu, K.H .; Kim, S.J .; Парк, W.M. (1998). «Анализ нуклеотидной последовательности генов белка оболочки двух корейских изолятов потивируса перистой крапчатости сладкого картофеля». Архив вирусологии. 143 (3): 557–62. Дои:10.1007 / s007050050311. PMID  9572555. S2CID  21018068.
  18. ^ Kreuze, J.F .; Karyeija, R.F .; Gibson, R.W .; Валконен, J.P.T. (Март 2000 г.). «Сравнение последовательностей генов белка оболочки показывает, что восточноафриканские изоляты вируса перистой крапчатости сладкого картофеля образуют генетически отличную группу». Архив вирусологии. 145 (3): 567–74. Дои:10.1007 / s007050050047. PMID  10795523. S2CID  13203058.
  19. ^ а б c Унтиверос, Милтон; Фуэнтес, Второе место; Салазар, Луис Ф. (январь 2008 г.). «Синергетическое взаимодействие вируса хлоротической остановки развития сладкого картофеля (Cirnivirus) с карла-, кукумо-, ипомо- и потивирусами, заражающими сладкий картофель». Болезнь растений. 91 (6): 669–76. Дои:10.1094 / PDIS-91-6-0669. PMID  30780474.
  20. ^ а б Mukasa, S.B .; Rubaihayo, P.R .; Валконен, J.P.T. (Июнь 2006 г.). «Взаимодействие между кринивирусом, ипомовирусом и вирусом потивируса в коинфицированных растениях сладкого картофеля». Патология растений. 55 (3): 458–67. Дои:10.1111 / j.1365-3059.2006.01350.x.
  21. ^ а б Gibson, R.W .; Mpembe, I .; Alicai, T .; Кэри, E.E .; Mwanga, R.O.M .; Seal, S.E .; Веттен, Х. Дж. (Февраль 1998 г.). «Симптомы, этиология и серологический анализ болезни, вызванной вирусом сладкого картофеля в Уганде». Патология растений. 47 (1): 95–102. Дои:10.1046 / j.1365-3059.1998.00196.x.
  22. ^ Рянняли, М .; Czekaj, V .; Jones, R.A.C .; Fletcher, J.D .; Davis, R.I .; Mu, L .; Валконен, J.P.T. (Сентябрь 2009 г.). «Молекулярная характеристика изолятов вируса перистой крапчатости сладкого картофеля (SPFMV) с острова Пасхи, Французской Полинезии, Новой Зеландии и Южной Африки». Болезнь растений. 93 (9): 933–9. Дои:10.1094 / PDIS-93-9-0933. PMID  30754530.

внешние ссылки