Кіріспе

Potyvirus - Potyviridae тұқымдасына жататын оң жіпті РНК вирустарының туысы. Потивирус өсімдіктерде кездесетін және оларды табиғи қонақтары ретінде пайдаланатын вирус. Бегомовирустар сияқты, осы туыстың өкілдері ауыл шаруашылығы, мал шаруашылығы, бау-бақша және гүл өсіру дақылдарына айтарлықтай зиян келтіруі мүмкін. 200-ден астам түрдегі құрттар потивирустарды таратады, олардың көпшілігі Aphidinae қосымша тұқымдасының (Macrosiphum және Myzus туыстары) құрамына кіреді. Бұл туыс 190 түрді қамтиды және потивирустар бүгінгі таңдағы белгілі барлық өсімдік вирустарының шамамен отызын құрайды.

Құрылымы

Вирион қапталмаған, иілгіш және жіп тәрізді нуклеокапсидпен, 680-ден 900 нанометрге (нм) дейін ұзындығы және 11–20 нм диаметрінде болады. Монопартит геномды түрлерде геномға байланысты VPg белогы 5' ұшына ковалентті байланысады, ал 3' ұшы полиаденилденген. Геном 350 кДа полипротеин прекурсоры ретінде экспрессияланатын бір ашық оқу фреймін (ORF) кодтайды. Бұл полипротеин он кішкентай белокқа өңделеді: белок 1 протеазасы (P1 Pro), көмекші компонент протеазасы (HC Pro), белок 3 (P3), цилиндрлік инклюзия (CI), вирустық геномға байланысты белок (Vpg), ядролық инклюзия A (NIa), ядролық инклюзия B (NIb), капсидтік белок (CP) және 6K1 және 6K2 деп аталатын екі кішкентай болжамды белок. P3 цистронында "Pretty interesting Potyviridae ORF" (PIPO) деп аталатын жабысып тұратын оқу фреймі бар. PIPO P3 белгісіне балама C ұшын кодтайды, ол сақталған GA6 қайталау тізбегінде рибосоманың жылғаю механизмі арқылы +2 фрейм-орын ауыстыру арқылы транскрипттердің бір бөлігінде пайда болады. Нәтижесінде пайда болған белок P3N PIPO деп аталады. Ұқсас механизм P1 цистронында "pretty interesting sweet potato potyvirus ORF" (PISPO) деп аталатын баламалы оқу фреймін тудырады деп есептеледі, бұл тәтті картопты қоздыратын көптеген потивирустарда, соның ішінде тәтті картоптың жапырақты мозаика вирусында кездеседі.

Протеома

P1 (молекулалық салмағы ~33 килодальтон (kDa)) – P1 HC Pro түйіспесінде полибелоктан өздігінен бөлінуін жеңілдететін серин протеазасы. P1 консервацияланған C-терминалды протеаз доменінен және N-терминалды аймағынан тұрады, онда потивирустың түрлері арасындағы реттілік пен ұзындығы жоғары дәрежеде өзгереді, бірақ ішкі бұзылудың консервацияланған үлгілері бар. P1 вирустық РНК репликациясын да ынталандырады, бірақ ол үшін қажет емес. HC Pro (~52 KDa) – цистеин протеазасы, ол глицин-глицин дипептидін өзінің C-терминалында ажыратады. HC Pro белсенділігі көршілес P1 ақуызымен реттеледі: P1, P1 HC Pro аралық бөлігінен бөлінбей тұрып, P1 терминалы HC Pro-ның РНК-ны тыныштандыру белсенділігін азайтады. Дәл механизмі белгісіз болса да, HC Pro қожайын апидтерінің ауыз бөліктеріне N-терминалды мырыш саусағы сияқты домен арқылы қосылады және капсид ақуызымен өзара әрекеттесуі арқылы вирионды бекітеді. P3 (~41 kDa) – вирустың репликациясына қажетті және вирустың репликациялық көпіршіктерінде жиналатын мембраналық ақуыз. Ол репликациялық везикулдар мен қозғалыс кешені ақуыздарының өзара әрекеттесуін қамтамасыз етеді, бұл репликациялық везикулдардың тиімді жасушааралық қозғалыс үшін қозғалыс кешеніне қабылдануына мүмкіндік береді. P3 сондай-ақ рибулоза 1,5-бисфосфат карбоксилаза/оксигеназаның ірі кіші бірлігімен өзара әрекеттеседі. CI (~71 kDa) – АТФ-активті РНК-геликаза. Оның ең ерекше қасиеті – үлкен және өте симметриялық конустық және цилиндрлік инклюзияларды қалыптастыру мүмкіндігі, олардың ортасында қуыс цилиндр болады, одан ламинатты жапырақтар сыртқа қарай сәулеленіп, "желперіштер" деп сипатталатын үлгіде өзіне бүктеледі. Бұл инклюзиялар инфекцияланған тіндердің трансмиссиялық электронды микроскопында оңай көрінеді және тарихи түрде потивирустық инфекцияларды диагностикалық критерий ретінде пайдаланылды. CI инклюзиялары плазмодезмаларда жиналатын потивирустық қозғалыс кешенінің маңызды құрамдас бөлігі болып табылады. CI вирустың репликациясына да қажет және репликациялық мембраналарда болады. Оның репликацияға нақты үлесі белгісіз, бірақ РНК-геликаза ретінде CI вирустық РНК-ның екіншілік құрылымдарын бөлшектеу арқылы репликацияны жеңілдетеді. NIa (~50 kDa) – иесінің ядросында кристаллды инклюзияларды қалыптастырады. Ол NIa Pro және VPg болып бөлінеді. NIa Pro (~27 kDa) – полипротеиннің бөліну орындарының көпшілігін өңдейтін цистеин протеазасы. Тек P1 және HC Pro-ның өздігінен бөлінуі ғана ерекшелік. Бөліну реттілігінің жоғары дәрежедегі ерекшелігі мен сақталуы NIa Pro-ны (әсіресе темекі этсі вирусынан) биотехнологияда, әсіресе аффинитті тазалаудан кейін рекомбинантты ақуыздардан аффинитті таңбаларды алып тастауды қажет ететін қолданбаларда құнды құралға айналдырды. NIa Pro сондай-ақ тізбекке тәуелсіз DNase белсенділігін көрсетеді және қожайын ДНК метилирлеуіне кедергі келтіреді, бұл NIa және/немесе NIa Pro қожайын гендерінің экспрессиясын өзгертеді дегенді білдіреді. Potyviral NIa Pro пикорнавирустық 3C протеазасымен жоғары деңгейде гомологияда. VPg (~22 kDa) – вирустық геномдық РНК-ның 5' ұшына уридиляция арқылы ковалентті түрде қосылады және пикорнавириттердегі VPg ақуыздарына ұқсас вирустық геномның репликациясы үшін праймер ретінде әрекет етеді деп есептеледі. Бұл жоғары ретсіз белок және оның икемділігі көптеген басқа вирустық ақуыздармен өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді деп болжанады. VPg сондай-ақ әртүрлі қожайын ақуыздарымен, соның ішінде эукариотикалық басталу факторы 4E (eIF4E), эукариотикалық ұзарту факторы 1A (eEF1A) және поли(А) байланыстырушы ақуыз (PABP)пен өзара әрекеттеседі. NIb (~59 kDa) – репликация кезінде вирустық РНК-ны полимерлендіретін ІІ РНК-ға тәуелді РНК полимераза (RdRp) суперотбасы. NIa сияқты NIb де екі ядролық локализация реттілігінің арқасында ядроға тасымалданады. NIb-де RdRps-ке тән "алақан, бас бармақ және саусақтар" үш доменді құрылымы бар. 6K1 (~6 kDa) функциясы белгісіз, бірақ репликациялық көпіршіктерде жинақталғандықтан және трансмембраналық доменге ие болғандықтан, 6K1 вирустың қоздырғышы болып табылатын көпіршік түзілуіне ықпал етеді деп есептеледі. 6K2 (~6 kDa) – трансмембраналық ақуыз, ол қожайын мембраналарын вирустың әсерінен мембраналық құрылымдарға қайта орналастырады. Ол ER шығу орнындағы әртүрлі ақуыздармен өзара әрекеттесіп, сонда сопақша және түтікшелік кеңейтулерді жасайды, олар ақыр соңында репликациялық сопақшаларға жетеді. 6K2-нің үш негізгі домені бар: N-терминалды домен, ол жасушадан жасушаға қозғалысқа қажет, орталық гидрофобтық трансмембраналық альфа-спираль және C-терминалды домен, ол вирустық репликацияға қажет. P3N PIPO (~25 kDa) – плазмодезмаға қозғалыс кешенін бекітетін арнайы қозғалыс ақуызы. Ол плазмодезманың мөлшерлік шегін қожайын ақуыздарымен өзара әрекеттесу арқылы реттеуі мүмкін, олар плазмодезмалық актин жіптерін үзеді және каллозаның шөгінуін азайтады. Ол рибулоза 1,5-бисфосфат карбоксилаза/оксигеназаның ірі және кіші кіші бірліктерімен өзара әрекеттеседі. CP (~30–35 kDa) – капсид ақуызы. Онда вирион бетінде ретсіз және ашық болатын екі терминалды домен бар. Орталық ядролық домен вирус РНК-мен байланысатын РНК байланыстыру қуысын қамтиды. Капсид ақуызының құрылымы потивирустарда жоғары сақталған, бірақ реттілікте салыстырмалы түрде жоғары өзгерушілік бар. Вирионды қаптағаннан басқа, CP ядролық домені жасушааралық қозғалысқа қажет және тұқымдық таралуға үлес қосады. Кейбір ерекше потивирустар қосымша ақуыздарды немесе ақуыз домендерін, мысалы, P1 PISPO, алкилдену B (AlkB) және инозин үшфосфат пирофосфатазасын (ITPase немесе HAM1 деп белгілі) кодтайды. Мұндай аномалиялар көбінесе жоғары өзгеруші P1 HC Pro аймағында орналасқан. Олар апидтердің ішінде айналмайды және әдетте апидте бірнеше минутқа ғана сақталады. Кейбір потивирустар апид векторларының тамақтану үлгілерін өзгертетіні көрсетілген, бұл инфекцияланған өсімдіктерде ұзақ уақыт бойы болу, тамақтану уақытын азайту және флоэма шырынының көбеюі ретінде көрінеді. Тұқым және гүлдену арқылы таралу белгілі бір потивирус түрлерінде, мысалы PVY және түріп мозаика вирусында (TUMV) құжатталған. Инфекцияланған түйнектер немесе жалғау материалы арқылы вегетативті таралу картоп және жеміс ағаштары сияқты белгілі бір ауылшаруашылық дақылдары үшін ерекше маңызды. Таралу инфекцияланған өсімдіктермен немесе ластанған құралдармен, киіммен тіпті сумен физикалық байланыс арқылы да жүзеге асуы мүмкін.

Аударма

Кіргеннен кейін, потивирустың бөлшектері жабынылып, геномдық РНК жас ұяшық цитоплазмасына шығарылады. Потивирустық РНК жас ұяшықтың мРНК-сын имитациялайды: 5' VPg протеині 5' қақпақпен функционалдық ұқсастықтарға ие, ал 3' ұшы полиаденилденген. VPg және оның eIF4E және eIF4(iso)E-мен өзара әрекеттесуі вирустың өзінің трансляциясы үшін жас ұяшықтың қақпаққа тәуелді трансляция механизмін пайдалануына мүмкіндік береді. Эукариоттық трансляция сияқты, VPg-eIF4E өзара әрекеттесуі вирустық РНК айналасында eIF4F кешенін құрайды. Көптеген потивирустарда әлсіз ішкі рибосомалық кіру орындары (IRES) анықталды, бірақ қақпақтан тәуелсіз трансляция потивирустар үшін маңызды трансляция механизмі болып табысатыны белгісіз. Вирустық 6K2 протеині жас ұяшықтың мембраналарын инфекциямен байланысты әртүрлі құрылымдарға қайта құруды үйлестіреді, олар потивирустың түріне байланысты кішкентай дөңгелек вирустық көпіршіктерден бастап, көптеген цистерналары немесе бөліктері бар күрделі шар тәрізді құрылымдарға дейін болуы мүмкін. Бұл құрылымдар вирустық репликация кешендерімен толық және көбінесе "репликация көпіршіктері", "вироплазма" немесе "вирустық фабрикалар" деп аталады. Репликация көпіршіктерінің мембраналары жас ұяшықтың әртүрлі органеллаларынан алынады және олардың көздері потивирустың түрлеріне байланысты өзгеше болады. Мембрана көздеріне ER, хлоропластар, Гольги аппараты және вакуольдер кіреді. Репликацияның нақты механизмі белгісіз, бірақ ол теріс мағынадағы РНК аралық затты қамтиды және вирустық және жас ұяшықтың протеиндерін қажет етеді. Репликация кешендерінде анықталған вирустық протеиндерге HC Pro, P3, 6K1, 6K2, CI, VPg, NIa Pro және NIb жатады. Репликация көпіршіктерінде кездесетін жас ұяшықтың факторларына eIF4A және бірнеше жылулық шок протеиндері кіреді.

Жасушааралық қозғалысы

Өсімдік вирустарының көпшілігі сияқты, потивирустар да бір өсімдік жасушасынан екіншісіне плазмодезма арқылы жылжу үшін эволюцияланған. Дегенмен, темекі мозаика вирусы сияқты жақсы зерттелген өсімдік вирустарынан өзгеше, потивирустарда жалғыз қозғалыс протеині болмайды, олар плазмодезманың айналасында қозғалыс кешенін құрайды. Бұл кешен негізінен үш вирустық протеиннен тұрады: CI, CP, P3N PIPO. Конустық CI инклюзиялары потивирустық инфекцияның бастапқы кезеңдерінде P3N PIPO арқылы плазмодезмаларға бекітіледі. Бұл инклюзияға плазмодезма арқылы вирустық бөлшектерді немесе вирустық РНК-CP кешендерін өткізуге мүмкіндік береді. Репликациялық везикулалар да қозғалыс кешеніне тартылады, бұл репликация мен қозғалыстың байланысты екенін көрсетеді. Репликациялық везикулалар P3N PIPO арқылы тартылады, ол ортақ P3N домені арқылы CI және P3 екеуімен де өзара әрекеттеседі. Олар Оңтүстік-Батыс Еуразияда немесе Солтүстік Африкада пайда болған деп есептеледі. Мутация жылдамдығы шамамен 1,15 нуклеотидтік өзгеріс/орын/жылды құрайды.

Географиялық таралуы

Ауыл шаруашылығы Австралияға 18 ғасырда әкелінді. Осымен бірге өсімдік патогендері де әкелінді. Австралияда 38 түрлі potyvirus анықталған. Оның 18 түрі тек Австралияда ғана кездеседі және онда эндемикалық деп саналады. Ал қалған 20 түрі ауыл шаруашылығымен бірге әкелінген болуы мүмкін.

Диагностика

Тарихи тұрғыдан алғанда, потивирусты диагностикалау инфекцияланған өсімдік жасушаларында әр түрлі ақуызды инклюзияларды анықтауға негізделген. Олар цитоплазмада немесе ядрода кристалдар түрінде, аморфты X денелер, мембраналы денелер, вируплазмалар немесе спираль тәрізді құрылымдар түрінде көрінуі мүмкін. Инклюзиялар (түріне қарай) вириондарды қамти алады немесе қамтимайды. Бұл инклюзияларды Orange Green (ақуызға бояу) боялған, бірақ Azure A (нуклеин қышқылына бояу) боялмаған, инфекцияланған өсімдік тіндерінің жапырақтарының жолақтарын жарық микроскопы арқылы қарауға болады. Қазіргі заманғы анықтау әдістері негізінен кері транскрипциялы ПТР-ға сүйенеді.

Түрлер тобы

1992 жылы потивирустар PVY, SCMV, BYMV, BCMV түрлеріне жіктелінді. 2010 жылы Гиббс пен Ошима осы төрт түрмен қатар, BtMV, ChVMV, DaMV, OYDV, PRSV, TEV және TuMV сияқты бірнеше жаңа топтарды қамтитын, кеңейтілген молекулалық филогенез жасады.

PVY

Оның құрамында 16 түр бар, соның ішінде осы тудың типтік түрі (картоп вирусы Y) де кіреді. Басты егіздері: тоғыз Solanaceae, үш Amaranthus, үш Asteraceae, бір Lilium және бір Amaryllis.