Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Вирус мозаики цветной капусты
Классификация вирусов е
(без рейтинга):Вирус
Царство :Рибовирия
Королевство:Парарнавиры
Тип:Artverviricota
Учебный класс:Revtraviricetes
Заказ:Ортервиралес
Семья:Caulimoviridae
Род:Каулимовирус
Разновидность:
Вирус мозаики цветной капусты

Вирус мозаики цветной капусты ( CaMV ) является представителем рода Caulimovirus , одного из шести родов семейства Caulimoviridae , которые являются параретровирусами , поражающими растения . [1] Параретровирусы реплицируются посредством обратной транскрипции, как и ретровирусы , но вирусные частицы содержат ДНК вместо РНК . [2]

Определение [ править ]

Вид тли Myzus persicae

Вирус мозаики цветной капусты (CaMV) является типовым видом семейства Caulimoviridae . Это семейство сгруппированы вместе с Hepadnaviruses в Pararetrovirus группу из - за способа его репликации с помощью обратной транскрипции из предварительно геномной РНК промежуточной.

CaMV поражает в основном растения семейства Brassicaceae (такие как цветная капуста и репа), но некоторые штаммы CaMV (D4 и W260) также способны инфицировать виды Solanaceae родов Datura и Nicotiana . CaMV вызывает множество системных симптомов, таких как мозаика, некротические поражения на поверхности листьев, задержка роста и деформация общей структуры растения. Проявленные симптомы различаются в зависимости от штамма вируса, экотипа хозяина и условий окружающей среды. [3]

CaMV передается без кровообращения такими видами тлей, как Myzus persicae . [4] После попадания в растительную клетку-хозяин вирионы мигрируют в ядерную оболочку растительной клетки.

Структура [ править ]

Частица CaMV представляет собой икосаэдр диаметром 52 нм, построенный из 420 субъединиц капсидного белка (CP), расположенных с триангуляцией T = 7, которая окружает заполненную растворителем центральную полость. [5] [6]

CaMV содержит кольцевую двухцепочечную молекулу ДНК размером около 8,0 килобаз, прерванную зазубринами, которые возникают в результате действия РНКазы H во время обратной транскрипции. Эти зарубки происходят от Met-тРНК и двух праймеров РНК, используемых в обратной транскрипции. После попадания в клетку-хозяина эти одноцепочечные «трещины» в вирусной ДНК восстанавливаются, образуя сверхспиральную молекулу, которая связывается с гистонами. Эта ДНК транскрибируется в полноразмерную, терминально повторяющуюся , 35S РНК и субгеномную 19S РНК.

Геном [ править ]

Промотор РНК 35S является очень сильным конститутивным промотором отвечает за транскрипции всего генома CaMV. Он хорошо известен своим использованием при трансформации растений . Это вызывает высокий уровень экспрессии генов у двудольных растений. Однако на однодольных, особенно на злаках, он менее эффективен. Различия в поведении, вероятно, связаны с различиями в качестве и / или количестве регулирующих факторов. Недавнее исследование показало, что промотор 35S CaMV также функционирует в некоторых клетках животных, хотя используемые промоторные элементы отличаются от таковых в растениях. Хотя этот промотор имел низкую активность по сравнению с каноническими промоторами животных, уровни репортерных продуктов были значительными. Это наблюдение предполагает, что промотор 35S может иметь потенциал для использования у животных.[7]

Промотор был назван промотором 35S CaMV («промотор 35S»), потому что коэффициент седиментации вирусного транскрипта, экспрессия которого естественным образом обеспечивается этим промотором, составляет 35S. Это один из наиболее широко используемых конститутивных промоторов общего назначения. Он был открыт в начале 1980-х годов Чуа и его сотрудниками из Университета Рокфеллера .

РНК 35S является особенно сложной и содержит высокоструктурированную лидерную последовательность длиной 600 нуклеотидов с шестью-восемью короткими открытыми рамками считывания (ORF). [8] [9] [10]

Геномная карта CaMV

За этим лидером следуют семь плотно расположенных, более длинных ORF, которые кодируют все вирусные белки. Механизм экспрессии этих белков уникален в том смысле, что белок ORF VI (кодируемый 19S РНК) контролирует повторную инициацию трансляции основных открытых рамок считывания на полицистронной 35S РНК, процесс, который обычно происходит только на бактериальных мРНК. Функция ТАВ зависит от его ассоциации с полисомами и фактором инициации эукариот eIF3. [11]

  • ORF I - P1: белок движения ( P03545 )
  • ORF II - P2: фактор передачи тлей / насекомых ( P03548 )
  • ORF III - P3: белок, связанный с вирионом (VAP, P03551 ): структурный белок, возможности связывания ДНК
  • ORF IV - P4: капсидный белок (CP, P03542 )
  • ORF V - P5: пропол ( P03554 ): протеаза, бифункциональная обратная транскриптаза и РНКазаH
  • ORF VI - P6: трансактиватор / вироплазмин ( P03559 ): образование / перемещение тельца включения; возможно другие функции (см. текст)
  • ORF VII / VIII - неизвестно (кажется, требуется примечание для инфекции, Q83163 , Q83164 )
    • Содержит сайт связывания тРНК- Met

В дополнение к своим функциям, касающимся активации трансляции и образования телец включения, было показано, что P6 взаимодействует с рядом других белков CaMV, таких как P2 и P3, что позволяет предположить, что он также может в некоторой степени способствовать сборке вирусов и опосредованной тлей. коробка передач. Кроме того, было показано, что P6 связывается с P7; изучение взаимодействия между ними может помочь выяснить пока неизвестную функцию P7. [12]

Другая функция P6 включает модификацию хозяина, НЕ ЭКСПРЕССОР ПАТОГЕНЕЗА, СВЯЗАННОГО 1 ( NPR1 ), в ходе инфекции. NPR1 является важным регулятором салициловой кислоты (SA) и жасмоновой кислоты.(JA) -зависимая передача сигналов и наиболее тесно связана с перекрестными помехами между ними. Модификация NPR1 служит для ингибирования защитных ответов растительных клеток путем предотвращения SA-зависимой передачи сигналов; модифицированный NPR1 может правильно перемещаться в ядро ​​и связываться с промотором PR-1, но не может инициировать транскрипцию. Поскольку для накопления SA требуется активный NPR1, это приводит к дальнейшему истощению SA. В то время как регуляция SA-зависимой передачи сигналов с помощью P6-модифицированного NPR1 локализована в ядре, регуляция JA-зависимой передачи сигналов является цитоплазматической по своей природе и включает путь COI1. В отличие от SA, JA-зависимая передача сигналов увеличивается в присутствии модифицированного NPR1. [13]

Репликация [ править ]

CaMV реплицируется путем обратной транскрипции:

  1. Вирусные частицы попадают в растительную клетку и некапсидируются. На этом этапе вирусная ДНК состоит из трех фрагментов, один на - нити (α) и два на + нити (β и γ), которые несовершенно собраны в кольцевой геном с тремя пробелами или разрывами (D1, D2 и D3). ).
  2. Вирусная ДНК входит в ядро, где заполняются разрывы. В этот момент вирусная ДНК также связывается с гистонами хозяина , образуя минихромосому (не показано).
  3. Принимающие ДНК-зависимая РНК - полимераза расшифровывает из промотора 35S всего пути вокруг вирусного генома, превосходя промотор 35S. (Это создает две копии промотора 35S в полученной РНК.) Транскрипция также инициируется на промоторе 19S (не показан).
  4. Вирусные РНК переходят в цитоплазму хозяина, где они транскрибируются.
  5. 3'-конец тРНК fMet отжигается с сайтом, соответствующим разрыву 1 (D1) около 5'-конца 35S РНК.
  6. ТРНК fMet запускает синтез новой α-цепи вирусной обратной транскриптазой (кодируемой ORF V).
  7. РНКаза H удаляет РНК из дуплекса ДНК-РНК, оставляя ДНК.
  8. Эта новая ДНК связывает промотор 35S на 3'-конце матрицы РНК, и синтез α-цепи ДНК продолжается, а РНКаза H продолжает разлагать РНК в комплексе с ДНК.
  9. Синтез α-цепи завершен. Активность РНКазы H раскрывает богатые пурином участки в позиции разрыва 3 (D3), что запускает синтез γ-цепи ДНК.
  10. Активность РНКазы H раскрывает богатые пурином области в положении разрыва 2 (D2), что запускает синтез β-цепи ДНК. Когда новая γ-цепь ДНК достигает 5'-конца новой α-цепи, она переключается на 5'-конец новой α-цепи, воссоздавая разрыв 1 (D1). Когда новая γ-цепь ДНК достигает 5'-конца новой β-цепи, она замещает праймер и часть вновь синтезированной β-цепи, что приводит к воссозданию неоднородности 2 (D2). Когда новая β-цепь ДНК достигает 5'-конца новой γ-цепи, она замещает праймер и часть вновь синтезированной γ-цепи, что приводит к воссозданию прерывности 3 (D3).

На этом этапе новый вирусный геном можно либо упаковать в капсиды и высвободить из клетки, либо они могут быть транспортированы путем перемещения белков в соседнюю неинфицированную клетку. [14]

Промотор вируса мозаики цветной капусты (CaMV 35S) используется в большинстве трансгенных культур для активации чужеродных генов, которые были искусственно введены в растение-хозяин. Он вводится в трансгенные растения в форме, отличной от той, которая обнаруживается в естественных растениях-хозяевах Brassica . Это позволяет ему работать в широком диапазоне сред организма-хозяина, что в противном случае было бы невозможно.

CaMV содержит геном двухцепочечной ДНК размером около 8 т.п.н. и производит сферические частицы. Инфекции CaMV носят системный характер, и даже его ДНК заразительна при инокулировании на истерзанные поверхности растений. В геноме CaMV есть 8 плотно упакованных генов, из которых только два небольших гена, гены II и VII, являются несущественными; в результате только эти два гена могут быть заменены / удалены без потери инфекционности. Кроме того, модифицированные геномы CaMV, превышающие естественный размер генома (8024 п.н.) даже на несколько сотен п.н., не упаковываются в вирионы. Эти два фактора серьезно ограничивают размер вставки ДНК, клонируемой в CaMV. Ген бактериальной дигидрофолатредуктазы DHFR был успешно клонирован в геном CaMV вместо гена II и успешно экспрессируется в растениях.

Молекулярные механизмы векторной передачи CaMV [ править ]

Вирус приобретается от инфицированного хозяина во время кормления тлей-переносчиком. Трансмиссивный комплекс состоит из вирионов и белка P2, расположенных в стилетах вектора. N-концевой домен P2 распознает рецептор белка, расположенный на кончике стилета, а C-концевой домен P2 связывается с P3-декорированными вирионами. [15]

Трансмиссивный комплекс CaMV

Способ захвата вектором контролируется тканевой и внутриклеточной локализацией P2. Этот белок содержится только в клетках эпидермиса и паренхимы. Более того, в этих клетках P2 локализуется в единичных вирусных электронно-просветных телец включения (ELIB). [16] В клетках-хозяевах вирусные белки P2 и P3 сначала продуцируются на многочисленных вирусных фабриках (электронно-плотные тельца включения), а затем экспортируются и совместно локализуются с микротрубочками, а затем концентрируются в ELIB. CaMV специально использует микротрубочки для формирования трансмиссивного тела и, таким образом, обеспечивает передачу вектора. [17] Полная молекулярная характеристика и исследование этого вируса не проводились.

Уклонение от защиты растений [ править ]

Вирус мозаики цветной капусты обладает рядом механизмов, которые позволяют ему противодействовать защите клеток растения-хозяина. Хотя прегеномная 35S РНК отвечает за репликацию генома с помощью обратной транскриптазы, она также содержит некодирующую лидерную последовательность из 600 пар оснований, которая служит важной мРНК для выработки факторов, участвующих в противовирусной защите. Ряд хозяев CaMV обладают механизмами сайленсинга вирусов на основе малых РНК, которые служат для ограничения вирусной инфекции. Продукты вышеупомянутой последовательности 600 пар оснований представляют собой вирусные малые РНК (vsRNA) длиной 21, 22 и 24 нуклеотида, которые служат в качестве ловушек, связывают и инактивируют эффекторы механизма подавления звука хозяина, такие как Argonaute 1 ( AGO1). В качестве доказательства принципа экспериментальная сверхэкспрессия этих vsРНК позволяет увеличить накопление вируса в инфицированных растениях. [18]

Обеспокоенность по поводу использования промотора 35S CaMV в трансгенных растениях [ править ]

В последнее время возникли некоторые опасения по поводу использования промотора 35S CaMV для экспрессии в трансгенных растениях, поскольку между этим промотором и кодирующими последовательностями P6 существует перекрытие последовательностей. Пятьдесят четыре трансгенных объекта, сертифицированных для выпуска в США, содержат до 528 п.н. ORF VI (кодирующие C-концевые домены P6). [19] Поскольку P6 является многофункциональным белком, полный спектр функций которого неизвестен, есть некоторые опасения, что экспрессия одного или нескольких его доменов может иметь непредвиденные последствия для трансгенных организмов. В недавних исследованиях была предпринята попытка определить, какая длина промотора 35S CaMV имеет наименьший шанс непреднамеренного образования доменов P6 при сохранении полной активности промотора. Как и следовало ожидать, использование более коротких промоторов уменьшает количество включенных доменов P6, а также снижает вероятность нежелательных эффектов. [19]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Pringle, CR. (1999). «Таксономия вирусов - 1999. Универсальная система таксономии вирусов, обновленная с учетом новых предложений, ратифицированных Международным комитетом по таксономии вирусов в 1998 году» . Arch Virol . 144 (2): 421–9. DOI : 10.1007 / s007050050515 . PMC  7086988 . PMID  10470265 .
  2. ^ Rothnie, HM .; Chapdelaine, Y .; Хон, Т. (1994). Параретровирусы и ретровирусы: сравнительный обзор вирусной структуры и стратегий экспрессии генов . Adv Virus Res . Достижения в вирусных исследованиях. 44 . С. 1–67. DOI : 10.1016 / s0065-3527 (08) 60327-9 . ISBN 9780120398447. PMID  7817872 .
  3. ^ Хелифа, М .; Massé, D .; Blanc, S .; Друкер, М. (январь 2010 г.). «Оценка минимального времени репликации вируса мозаики цветной капусты у разных хозяев». Вирусология . 396 (2): 238–45. DOI : 10.1016 / j.virol.2009.09.032 . PMID 19913268 . 
  4. ^ Brault, V .; Узест, М .; Monsion, B .; Jacquot, E .; Блан, С. (2010). «Тля как средство переноса вирусов растений». Comptes Rendus Biologies . 333 (6–7): 524–38. DOI : 10.1016 / j.crvi.2010.04.001 . PMID 20541164 . 
  5. ^ Cheng, RH .; Olson, NH .; Бейкер, Т.С. (Февраль 1992 г.). «Вирус мозаики цветной капусты: 420 субъединица (Т = 7), многослойная структура» . Вирусология . 186 (2): 655–68. DOI : 10.1016 / 0042-6822 (92) 90032-к . PMC 4167691 . PMID 1733107 .  
  6. ^ Хаас, М .; Бюро, М .; Geldreich, A .; Yot, P .; Келлер, М. (ноябрь 2002 г.). «Вирус мозаики цветной капусты: все еще в новостях». Мол Растение Патол . 3 (6): 419–29. DOI : 10,1046 / j.1364-3703.2002.00136.x . PMID 20569349 . 
  7. ^ Тепфер, М .; Gaubert, S .; Leroux-Coyau, M .; Князь, С .; Houdebine, LM. (2004). «Временная экспрессия в клетках млекопитающих трансгенов, транскрибированных с промотора 35S вируса мозаики цветной капусты» (PDF) . Environ Biosafety Res . 3 (2): 91–7. DOI : 10,1051 / EBR: 2004010 . PMID 15612506 .  
  8. ^ Fütterer, J .; Гордон, К .; Bonneville, JM .; Sanfaçon, H .; Пизан, Б .; Пенсвик, Дж .; Хон, Т. (сентябрь 1988 г.). «Ведущая последовательность большой РНК каулимовируса может быть свернута в большую структуру петля-стебель» . Nucleic Acids Res . 16 (17): 8377–90. DOI : 10.1093 / NAR / 16.17.8377 . PMC 338565 . PMID 3419922 .  
  9. ^ Pooggin, MM .; Hohn, T .; Фюттерер, Дж. (Май 1998 г.). «Принудительная эволюция показывает важность короткой открытой рамки считывания А и вторичной структуры в лидере 35S РНК вируса мозаики цветной капусты» . J Virol . 72 (5): 4157–69. DOI : 10,1128 / JVI.72.5.4157-4169.1998 . PMC 109645 . PMID 9557705 .  
  10. ^ Hemmings-Mieszczak, M .; Steger, G .; Хон, Т. (апрель 1997 г.). «Альтернативные структуры лидера 35 S РНК вируса мозаики цветной капусты: значение для вирусной экспрессии и репликации». J Mol Biol . 267 (5): 1075–88. DOI : 10.1006 / jmbi.1997.0929 . PMID 9150397 . 
  11. ^ Парк, HS .; Химмельбах, А .; Браунинг, KS .; Hohn, T .; Рябова ЛА. (Сентябрь 2001 г.). «Фактор реинициации вируса растений взаимодействует с трансляционной машиной хозяина». Cell . 106 (6): 723–33. DOI : 10.1016 / S0092-8674 (01) 00487-1 . PMID 11572778 . S2CID 14384952 .  
  12. ^ Lutz, L .; Райхы, Г .; Лейснер, СМ. (Декабрь 2012 г.). «Белок основного тела включения вируса мозаики цветной капусты взаимодействует с фактором передачи тли, ассоциированным с вирионом белком и продуктом гена VII» . Virus Res . 170 (1–2): 150–3. DOI : 10.1016 / j.virusres.2012.08.017 . PMC 4215633 . PMID 22982205 .  
  13. ^ Любовь, AJ .; Джери, С .; Laird, J .; Carr, C .; Юн, BW .; Loake, GJ .; Tada, Y .; Sadanandom, A .; Милнер, Дж. (2012). «Белок P6 вируса мозаики цветной капусты подавляет сигнальные реакции на салициловую кислоту и регулирует врожденный иммунитет» . PLOS ONE . 7 (10): e47535. Bibcode : 2012PLoSO ... 747535L . DOI : 10.1371 / journal.pone.0047535 . PMC 3469532 . PMID 23071821 .  
  14. ^ Laliberté, JF .; Санфасон, Х. (2010). «Клеточное ремоделирование при заражении растений вирусом». Анну Рев Фитопатол . 48 : 69–91. DOI : 10.1146 / annurev-phyto-073009-114239 . PMID 20337516 . 
  15. ^ Хох, Ф .; Узест, М .; Друкер, М .; Плиссон-Частанг, С .; Bron, P .; Blanc, S .; Дюма, К. (май 2010 г.). «Структурные сведения о молекулярных механизмах передачи вируса мозаики цветной капусты его насекомыми-переносчиками» . J Virol . 84 (9): 4706–13. DOI : 10,1128 / JVI.02662-09 . PMC 2863735 . PMID 20181714 .  
  16. ^ Martinière, A .; Zancarini, A .; Друкер, М. (июнь 2009 г.). «Передача вируса мозаики цветной капусты тлей: роль растения-хозяина» . Сигнальное поведение растений . 4 (6): 548–50. DOI : 10.4161 / psb.4.6.8712 . PMC 2688309 . PMID 19816139 .  
  17. ^ Martinière, A .; Gargani, D .; Узест, М .; Lautredou, N .; Blanc, S .; Друкер, М. (апрель 2009 г.). «Роль микротрубочек растений в формировании трансмиссивных телец включения вируса мозаики цветной капусты» . Завод Дж . 58 (1): 135–46. DOI : 10.1111 / j.1365-313X.2008.03768.x . PMC 2688309 . PMID 19077170 .  
  18. ^ Блевинс, Т .; Rajeswaran, R .; Ареггер, М .; Borah, BK .; Щепетильников, М .; Baerlocher, L .; Farinelli, L .; Meins, F .; и другие. (Июль 2011 г.). «Массивное производство малых РНК из некодирующей области вируса мозаики цветной капусты в защите растений и противовирусной защите» . Nucleic Acids Res . 39 (12): 5003–14. DOI : 10.1093 / NAR / gkr119 . PMC 3130284 . PMID 21378120 .  
  19. ^ а б Подевин, Н .; дю Жардин, П. (2012). «Возможные последствия перекрытия между областями промотора 35S CaMV в используемых векторах трансформации растений и вирусным геном VI в трансгенных растениях» . Продовольствие ГМ-культур . 3 (4): 296–300. DOI : 10,4161 / gmcr.21406 . PMID 22892689 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Вирус мозаики цветной капусты
  • «Промотор CaMV 35S» . патентlens.net . Архивировано из оригинала на 2008-01-07.