TOBAKKSMOSAIKKVIRUS: EGENSKAPER, STRUKTUR, REPLIKASJON - BIOLOGI - 2026

Den virus av mosaikk av snus ( TMV , i det engelske Tobacco Mosaic Virus) er en plante RNA-virus som forårsaker fremkomsten av brune flekker på bladene av plantene snus og andre nyttevekster av økonomisk interesse, slik som tomater og andre Solanaceae.

Navnet stammer fra mønsteret med flekker som det forårsaker i infiserte planter, som blir beskrevet som en "mosaikk". Det er det første viruset som ble identifisert og beskrevet i naturen, hendelser som fant sted mellom slutten av 1800-tallet og begynnelsen av 1900-tallet, det vil si mer enn et århundre siden.

Elektronmikrograf av tobakksmosaikkvirus (Kilde: Ingen maskinlesbar forfatter gitt. Chb antatt (basert på copyright-krav). / Public domain, via Wikimedia Commons)

Det anslås at tapet av tobakk forårsaket av tobakksmosaikkviruset er rundt 1%, ettersom flere og mer resistente planter dyrkes. Imidlertid har andre avlinger som tomater for eksempel tap på mer enn 20% på grunn av sykdommen forårsaket av TMV.

Et av de viktigste agronomiske problemene knyttet til dette viruset har å gjøre med det faktum at det kan leve selv når planten som er vert for det dør, og i tillegg at det støtter høye temperaturer, slik at det fjernes fra en avling eller fra fasilitetene til et drivhus er ganske utfordrende.

Likevel har tobakksmosaikkviruset vist seg å være veldig nyttig som:

- Symbolisk og didaktisk modell for å avsløre de essensielle egenskapene som definerer virus

- Prototype for å undersøke biologien til parasittvertsplanter, spesielt tobakk

- Verktøy for å studere patogen-vert-interaksjoner og cellehandel

- Bioteknologisk verktøy for uttrykk av proteiner av farmasøytisk interesse i tobakk.

Oppdagelse

Siden identifikasjonen hadde tobakksmosaikkviruset en transcendental rolle i etableringen av virologifeltet, ettersom det var det første viruset som ble identifisert og beskrevet i historien.

Det hele startet i 1879, da den tyske landbrukskjemikeren Adolf Meyer viet seg til studiet av noen sykdommer som påvirket tobakk.

Denne forskeren demonstrerte at en sykdom som forårsaket utseendet på flekker på tobakksblader, kunne overføres fra en syk plante til en sunn, bare ved å gni bladene til sistnevnte med et ekstrakt av førstnevnte.

Meyer kalte dette "mosaikksykdommen i tobakk" og antydet først at det etiologiske middelet (det som produserte det) var av bakteriell opprinnelse, selv om han ikke kunne isolere det eller dyrke det eksperimentelt in vitro.

Strukturen av tobakksmosaikkviruset. 1) Enstrenget RNA, 2) Kapsomer eller protomer, underenhet av kapsid-CP-proteinet, og 3) Kapsidstruktur (Kilde: Y_tambe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/ 3.0) via Wikimedia Commons)

Oppdagelse av det første viruset

Kreditt for oppdagelsen av virale partikler går til Dmitrij Ivanovsky, en russisk mikrobiolog som undersøkte tobakksmosaikkesykdommen mellom 1887 og 1890, og fant at den forårsaker av sykdommen var så liten at den kunne passere gjennom de ørsmå porene. av et porselensfilter, der bakterier ikke kunne passere.

Med denne hendelsen bestemte Ivanovsky at sykdommen skyldtes et "filtrerbart virus", idet han tok uttrykket "virus" fra det latinske ordet for "gift."

Ivanovskys verk ble senere bekreftet, i 1895, av nederlenderen Willem Beijerinck, som demonstrerte den serielle overføringen av viruset (fra plante til plante) ved bruk av den filtrerte sappen til syke planter.

Beijerincks arbeid tjente også til å bevise at det ikke bare var et kjemisk giftstoff, men snarere et levende middel som var i stand til selvreplikasjon.

Mellom 1927 og 1931 konsentrerte to forskere fra Boyce Thompson Institute i Philadelphia, Vinson og Petri, viruset ved utfelling ved å bruke metodene som ble brukt for proteinrensing.

Senere, i 1935, renset Stanley viruset og klarte å krystallisere høyaktive og smittsomme nålformede partikler, og markerte en enestående hendelse der en "levende" enhet kunne oppstå i en krystallinsk tilstand.

År senere, med samarbeid og arbeid fra en rekke forskere, ble det bestemt at tobakksmosaikkviruset var et RNA-virus med ett bånd, med et glødende utseende eller morfologi.

kjennetegn

- Det er et RNA-virus med ett bånd hvis virjoner eller virale partikler er stavformet

- Dets genom, så vel som de fleste virus, er beskyttet av et proteinbelegg

- Det tilhører Virgaviridae-familien og Tobamovirus-slekten

- Den infiserer tobakksplanter og også noen relaterte planter, spesielt nattskjerm (potet, tomat, aubergine, etc.), og tilfører mer enn 200 mulige verter

- Det er ekstremt stabilt og kan holde seg på forskjellige flater i lang tid

- I infiserte planter akkumuleres dette viruset i betydelig høye titre

- Symptomene det gir hos syke planter er synlige og lette å identifisere

Struktur

Tobakksmosaikkviruset er som nevnt et enstrenget (enkeltstrenget) RNA-virus hvis virale partikler er stavformet.

Generalisert skjema for strukturen til tobakksmosaikkviruset, TMV (Kilde: TMV_Structure.png: Graham Colm Talk) Den opprinnelige opplasteren var GrahamColm på engelsk Wikipedia.derivativt arbeid: Arnaugir / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)

Proteintrekk

Den karakteristiske strukturen til hver viruspartikkel er gitt av et proteinbelegg dannet av en høyrehendt helix av underenheter av et protein kjent som "beleggprotein".

Denne konvolutten har omtrent 2.130 proteinunderenheter, som oversettes til en viral partikkel med en gjennomsnittlig størrelse på 300 nm i lengde, en diameter på 18 nm, og et hult sentrum på 2 nm i radius, der genomet opptar en radius nær 4 nm.

Topp utsikt over TMV-proteinbelegget (Kilde: Deposisjonsforfattere: Stubbs, G., Pattanayek, R., Namba, K.; Visualiseringsforfatter: Bruker: Astrojan / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by /4.0) via Wikimedia Commons)

Genome

Genomisk RNA er klemt mellom de påfølgende svingene av helixen som utgjør konvolutten, og sammenføyer tre av dens nukleotider til hver proteinsubenhet og blir dermed fullstendig dekket av protein.

Dette genomet er 6 395 nukleotider langt og har en omvendt 7-metyl-guanosin "hette" festet til sin 5'-ende gjennom en trifosfatbinding.

Informasjonen som er kodet i TMV-genomet tilsvarer 4 gener som koder for 4 forskjellige produkter:

- To proteiner assosiert med replikasjon, det ene på 126 kDa og det andre på 183 kDa, direkte oversatt fra viruset RNA

- Et bevegelsesprotein (MP, fra det engelske Movement Protein) og et strukturelt eller beleggprotein (CP, fra English Coat Protein), som er oversatt fra "subgenomic" RNAs

En vellykket TMV-infeksjon involverer samarbeidet av disse fire multifunksjonelle produktene med mange av de cellulære komponentene i vertsplanten, spesielt cellemembranen og cytoskjelettet.

Replication

For å forstå replikasjonsmekanismen til TMV er det nødvendig å forstå noen aspekter ved infeksjon med dette viruset.

Opprinnelig infeksjon

TMV kommer bare inn i en plante gjennom mekaniske sår som midlertidig "åpner" plasmamembranen eller forårsaker pinocytosehendelser.

Infeksjon kan oppstå fra sår forårsaket av håndtering med smittede hender og gjennom infiserte beskjæringsinstrumenter, etc., men overføres sjelden av insekter.

Når cytosolen er i gang, demonteres og frigjør de virale partiklene sitt genomiske RNA, som blir anerkjent av cellen som sitt eget RNA og blir oversatt av spesialiserte cytosoliske enzymer til dette formålet.

Metyl-guanosin “hette” av TMV genomisk RNA er av største betydning for denne prosessen, siden den klarer å “omgå” cellens “overvåkning” -system og fremme dens interaksjon med andre cellulære komponenter.

Antallet samlede virale partikler øker raskt, og disse kan forlate den infiserte cellen og infisere andre naboceller gjennom plasmodesmata, som er "kanaler" som forbinder cytosolen til en celle med den av cellene som omgir den.

Etter hvert når virale partikler plantens translokasjonssystem, det vil si xylem og floem, og spres dermed over hele planten.

Hvordan er replikeringsprosessen?

Tobakksmosaikkviruset bruker genomet sitt som en mal for å syntetisere negative komplementære tråder som fungerer som en mal for syntesen av et stort antall positive tråder.

Disse malene brukes også til syntese av "subgenomiske" messenger-RNA-er som inneholder de åpne leserammene for MP- og CP-proteiner.

De to replikasjonsassosierte proteiner som er kodet i TMV genomisk RNA har metyltransferase-, helikase- og RNA-avhengige RNA-polymerasedomener.

Replikasjon ser ut til å forekomme i et kompleks assosiert med den endoplasmatiske retikulummembranen som inneholder disse proteinene, bevegelsesproteinet (MP), viralt RNA og andre plantevertsproteiner.

symptomer

Symptomer på tobakksmosaikkviruset varierer veldig fra en plantesort til en annen. De er med andre ord betydelig avhengig av typen vertsplante og dessuten av virusstammen, plantens genetiske "bakgrunn" og av miljøforholdene der den finnes.

Fotografi av bladet til en tobaksplante infisert med TMV (Kilde: RJ Reynolds Tobacco Company Slide Set / Public domain, via Wikimedia Commons)

Symptomene vises vanligvis rundt 10 dager etter den første infeksjonen, og disse er:

- Utseende av brune eller gulaktige flekker med en mosaikklignende matrone på bladbladene

- Nekrose

- Stunted vekst

- Bladkrøll

- Gulning av vev

- Lavt utbytte i fruktproduksjon og jevn utseende av skadede og deformerte frukter

- Forsink i modning av fruktene

- Fargen på fruktene ikke ensartede (spesielt i tomat)

referanser

1. Butler, PJG (1999). Selvmontering av tobakksmosaikkvirus: rollen som et mellomliggende aggregat i å generere både spesifisitet og hastighet. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Serie B: Biologiske vitenskaper, 354 (1383), 537-550.
2. Liu, C., & Nelson, RS (2013). Cellebiologien til replikasjon og bevegelse av tobakksmosaikkvirus. Frontiers in plant science, 4, 12.
3. Mphuthi, P. (2017). Tobakksmosaiske virussymptomer, overføring og behandling. Farmer's Weekly, 2017 (17014), 60-61.
4. Rifkind, D., & Freeman, G. (2005). Nobelprisvinnende funn i smittsomme sykdommer. Elsevier.
5. Scholthof, KBG (2000). Leksjoner i plantepatologi: tobakksmosaikkvirus. Plantehelseinstrument.
6. Scholthof, KBG (2004). Tobakksmosaikkvirus: et modellsystem for plantebiologi. Annu. Pastor Phytopathol., 42, 13-34.