TOBAKSMOSAIKVIRUS: EGENSKAPER, STRUKTUR, REPLIKERING - BIOLOGI - 2025

Det virus av mosaik av snus ( TMV , av den engelska tobaksmosaikvirus) är en växt-RNA-virus som orsakar uppkomsten av bruna fläckar på bladen av växter snus och andra grödor av ekonomiskt intresse som tomater och andra Solanaceae.

Dess namn kommer från mönstret av fläckar som det orsakar i infekterade växter, som beskrivs som en "mosaik". Det är det första viruset som identifierades och beskrivs i naturen, händelser som ägde rum under slutet av 1800-talet och början av 1900-talet, det vill säga för mer än ett sekel sedan.

Elektronmikrografi av tobaksmosaikvirus (Källa: Ingen maskinläsbar författare tillhandahållen. Chb antas (baserat på upphovsrättsanspråk). / Public domain, via Wikimedia Commons)

Det uppskattas att förlusterna av tobak orsakade av tobaksmosaikviruset är cirka 1%, eftersom allt fler resistenta växter odlas. Men andra grödor, till exempel tomater, har förluster på mer än 20% på grund av sjukdomen orsakad av TMV.

Ett av de viktigaste agronomiska problemen som är relaterade till detta virus har att göra med det faktum att det kan leva även när växten som är värd för den dör och dessutom att det stöder höga temperaturer, så att dess eliminering från en gröda eller från anläggningarna i ett växthus är ganska utmanande.

Icke desto mindre har tobaksmosaikviruset visat sig vara mycket användbart som:

- Symbolisk och didaktisk modell för att avslöja de väsentliga egenskaperna som definierar virus

- Prototyp för att undersöka biologin hos parasitvärdväxter, särskilt tobak

- Verktyg för att studera interaktioner mellan patogen-värd och handel med celler

- Bioteknologiskt verktyg för uttryck av proteiner av farmaceutiskt intresse i tobak.

Upptäckt

Sedan identifieringen hade tobaksmosaikviruset en transcendental roll i upprättandet av virologiområdet, eftersom det var det första viruset som identifierats och beskrivits i historien.

Det hela började 1879, när den tyska jordbrukskemisten Adolf Meyer ägnade sig åt studiet av vissa sjukdomar som drabbade tobak.

Denna forskare visade att en sjukdom som orsakade uppträdande av fläckar på tobaksblad kunde överföras från en sjuk planta till en frisk, bara genom att gnugga sidorna med ett extrakt av den förra.

Meyer kallade detta för "mosaiksjukdomen i tobak" och föreslog inledningsvis att det etiologiska medlet (det som producerade det) var av bakteriellt ursprung, även om han inte kunde isolera det eller odla det experimentellt in vitro.

Strukturen för tobaksmosaikviruset. 1) Ensträngad RNA, 2) kapsel eller protomer, subenhet av kapsel-CP-proteinet, och 3) kapselstruktur (källa: Y_tambe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/ 3.0) via Wikimedia Commons)

Upptäckt av det första viruset

En kredit för upptäckten av virala partiklar går till Dmitry Ivanovsky, en rysk mikrobiolog som undersökte tobaksmosaiksjukdomen mellan 1887 och 1890, och fann att sjukdomens orsakande medel var så liten att den kunde passera genom de små porerna av ett porslinsfilter, där bakterier inte kunde passera.

Med denna händelse bestämde Ivanovsky att sjukdomen berodde på ett "filtrerbart virus", och tog uttrycket "virus" från det latinska ordet "gift".

Ivanovskys verk bekräftades senare, 1895, av holländaren Willem Beijerinck, som visade den seriella överföringen av viruset (från växt till växt) med hjälp av den filtrerade sapen av sjuka växter.

Beijerincks arbete tjänade också till att bevisa att det inte bara var ett kemiskt toxin, utan snarare ett levande medel som kunde självreplikation.

Mellan 1927 och 1931 koncentrerade två forskare från Boyce Thompson Institute i Philadelphia, Vinson och Petri, viruset genom utfällning med de metoder som användes för proteingrening.

Senare, 1935, renade Stanley viruset och lyckades kristallisera mycket aktiva och infektiösa nålformade partiklar, vilket markerade en enastående händelse där en "levande" enhet skulle kunna uppstå i ett kristallint tillstånd.

År senare, med samarbete och arbete från många forskare, fastställdes det att tobaksmosaikviruset var ett RNA-virus med ett band, med ett glödtrådigt utseende eller morfologi.

egenskaper

- Det är ett RNA-virus med ett band vars virioner eller virala partiklar är stavformade

- Dess genom, liksom de flesta virus, skyddas av en proteinbeläggning

- Det tillhör familjen Virgaviridae och släkten Tobamovirus

- Den infekterar tobaksväxter och även en del relaterade växter, särskilt nattskärmar (potatis, tomat, aubergine, etc.), vilket tillför mer än 200 möjliga värdar

- Det är extremt stabilt och kan stanna på olika ytor under lång tid

- I infekterade växter ackumuleras detta virus i betydligt höga titrar

- De symtom som det orsakar hos sjuka växter märks och är lätta att identifiera

Strukturera

Tobaksmosaikviruset är, som nämnts, ett enkelsträngat (enkelsträngat) RNA-virus vars virala partiklar är stavformade.

Generaliserat schema för tobaksmosaikvirusstrukturen, TMV (Källa: TMV_Structure.png: Graham Colm Talk) Den ursprungliga uppladdaren var GrahamColm på engelska Wikipedia.Derivativt arbete: Arnaugir / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Proteinomslag

Den karakteristiska strukturen för varje viral partikel ges av en proteinbeläggning bildad av en högerhänt spiral av underenheter av ett protein känt som "skiktprotein".

Detta hölje har ungefär 2 130 proteinunderenheter, vilket översätter till en viral partikel med en genomsnittlig storlek på 300 nm i längd, en diameter på 18 nm och ett ihåligt centrum på 2 nm i radie, där genomet upptar en radie nära 4 nm.

Ovanifrån av TMV-proteinbeläggningen (Källa: Depositionförfattare: Stubbs, G., Pattanayek, R., Namba, K.; Visualiseringsförfattare: Användare: Astrojan / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by /4.0) via Wikimedia Commons)

Genome

Genomiskt RNA är inklämt mellan de på varandra följande spiralerna i spiralen som utgör höljet och sammanfogar tre av dess nukleotider till varje proteinsubenhet och därmed förblir helt täckt med protein.

Detta genom är 6 395 nukleotider långt och har en inverterad 7-metyl-guanosin "huva" fäst vid dess 5'-ände genom en trifosfatbindning.

Informationen kodad i TMV-genomet motsvarar fyra gener som kodar för 4 olika produkter:

- Två proteiner associerade med replikation, ett av 126 kDa och det andra av 183 kDa, direkt översatt från viruset RNA

- Ett rörelseprotein (MP, från det engelska rörelseproteinet) och ett struktur- eller skiktprotein (CP, från det engelska beläggningsproteinet), som översätts från "subgenomiska" RNA: er

En framgångsrik TMV-infektion involverar samarbete mellan dessa fyra multifunktionella produkter med många av de cellulära komponenterna i värdväxten, särskilt cellmembranet och cytoskeletten.

Replication

För att förstå replikationsmekanismen för TMV är det nödvändigt att förstå vissa aspekter av infektion med detta virus.

Initial infektion

TMV kommer endast in i en växt genom mekaniska sår som tillfälligt "öppnar" plasmamembranet eller orsakar pinocytoshändelser.

Infektion kan uppstå från sår orsakade av hantering med infekterade händer och genom infekterade beskärningsinstrument etc., men överförs sällan av insekter.

En gång i cytosolen demonteras de virala partiklarna och frigör deras genomiska RNA, som erkänns av cellen som sitt eget RNA och översätts av specialiserade cytosoliska enzymer för detta ändamål.

Metylguanosin "huven" av TMV genomiskt RNA är av yttersta vikt för denna process, eftersom den lyckas "kringgå" cellens "övervakning" -system och främja dess interaktion med andra cellkomponenter.

Antalet sammansatta virala partiklar ökar snabbt och dessa kan lämna den infekterade cellen och infektera andra angränsande celler genom plasmodesmata, som är "kanaler" som förbinder cytosolen i en cell med cellerna som omger den.

Så småningom når de virala partiklarna anläggningens translokationssystem, det vill säga xylem och floem, och sprids sålunda i växten.

Hur är replikeringsprocessen?

Tobaksmosaikviruset använder sitt genom som en mall för att syntetisera negativa komplementära strängar som fungerar som en mall för syntesen av ett stort antal positiva strängar.

Dessa mallar används också för syntes av "subgenomiska" messenger-RNA som innehåller de öppna läsramarna för MP- och CP-proteinerna.

De två replikationsassocierade proteinerna som är kodade i TMV genomiskt RNA har metyltransferas-, helikas- och RNA-beroende RNA-polymerasdomäner.

Replikation tycks förekomma i ett komplex associerat med det endoplasmatiska retikulummembranet som innehåller dessa proteiner, rörelseproteinet (MP), viralt RNA och andra växtproteiner.

symtom

Symtom på tobaksmosaikviruset varierar mycket från en växtsort till en annan. Med andra ord beror de avsevärt på typen av värdväxt och dessutom på virusstammen, på den genetiska "bakgrunden" hos växten och på miljöförhållandena där den finns.

Fotografi av bladet på en tobaksväxt infekterad med TMV (Källa: RJ Reynolds Tobacco Company Slide Set / Public domain, via Wikimedia Commons)

Symtomen förekommer vanligtvis cirka 10 dagar efter den första infektionen och dessa är:

- Utseende av bruna eller gulaktiga fläckar med en mosaikliknande matron på bladbladen

- Nekros

- Stunted tillväxt

- Bladkrullning

- Gulning av vävnader

- Låg avkastning i fruktproduktion och jämnt utseende av skadade och deformerade frukter

- Försena i mogningen av frukterna

- Färgen på frukterna inte enhetliga (särskilt i tomat)

referenser

1. Butler, PJG (1999). Självmontering av tobaksmosaikvirus: rollen som ett mellanliggande aggregat för att skapa både specificitet och hastighet. Filosofiska transaktioner från Royal Society of London. Serie B: Biologiska vetenskaper, 354 (1383), 537-550.
2. Liu, C., & Nelson, RS (2013). Cellbiologin för replikering och rörelse av tobaksmosaikvirus. Gränser inom växtvetenskap, 4, 12.
3. Mphuthi, P. (2017). Tobaksmosaikvirussymtom, överföring och hantering. Farmer's Weekly, 2017 (17014), 60-61.
4. Rifkind, D., & Freeman, G. (2005). Nobelprisets vinnande upptäckter av infektionssjukdomar. Elsevier.
5. Scholthof, KBG (2000). Lektioner i växtpatologi: tobaksmosaikvirus. Växthälsainstrument.
6. Scholthof, KBG (2004). Tobaksmosaikvirus: ett modellsystem för växtbiologi. Annu. Pastor Phytopathol., 42, 13-34.