ما هو الفيروس: معلومات عن الأمراض الفيروسية في النباتات

ما هو الفيروس: معلومات عن الأمراض الفيروسية في النباتات

بقلم: كريستي ووترورث

هناك الكثير من المخلوقات الصغيرة التي تصطدم في الليل ، من مسببات الأمراض الفطرية إلى البكتيريا والفيروسات ، معظم البستانيين لديهم على الأقل معرفة عابرة بالوحوش التي تنتظر تدمير حدائقهم. إنها ساحة معركة وأحيانًا لا تكون متأكدًا حقًا من الفائز. حسنًا ، إليك الأخبار السيئة. هناك فئة أخرى من المخلوقات ، وهي أشباه الفيروسات ، التي تهرب في العالم المجهري ، لكنها أقل شيوعًا من ذكرها. في الواقع ، العديد من الأمراض التي ننسبها إلى فيروسات النبات تسببها في الواقع أشباه الفيروسات. لذا استرخ ودعنا نخبرك عن رعب آخر في عالم الحدائق.

ما هو الفيروس؟

تشبه أشباه الفيروسات إلى حد بعيد الفيروسات التي ربما تكون قد درستها في صف علم الأحياء. إنها كائنات حية بسيطة بشكل لا يصدق ولا تكاد تلبي معايير الحياة ، لكنها تمكنت بطريقة ما من التكاثر والتسبب في مشاكل في كل مكان تذهب إليه. على عكس الفيروسات ، تتكون أشباه الفيروسات من جزيء واحد من الحمض النووي الريبي ويفتقر إلى الغلاف البروتيني الواقي. تم اكتشافها في أواخر الستينيات ، ومنذ ذلك الحين نحاول تحديد مدى اختلاف أشباه الفيروسات عن الفيروسات.

تتسبب الأمراض الفيروسية في النباتات عن 29 نوع من أنواع الفيروسات في عائلتين فقط: Pospiviroidae و Avsunviroidae. تشمل أمراض نبات الفيروس الأكثر شهرة ما يلي:

  • قزم الطماطم كلوريك
  • فاكهة التفاح المجعد
  • زهرة الأقحوان Chlorotic Mottle

يُعتقد أن العلامات الكلاسيكية لأمراض النبات الفيروسية ، مثل الاصفرار والأوراق المتعرجة ، ناتجة عن تقطيع أشباه الفيروسات الحمض النووي الريبي الخاص بها مع الحمض النووي الريبي المرسال للنبات المصاب ، مما يتداخل مع الترجمة الصحيحة.

علاج الفيروسات

إنه لأمر جيد وجيد أن تفهم كيفية عمل أشباه الفيروسات في النباتات ، ولكن ما تريد معرفته حقًا هو ما يمكنك فعله حيالها. للأسف ، لا يمكنك فعل الكثير. حتى الآن ، لا يزال يتعين علينا تطوير علاج فعال ، لذا فإن اليقظة هي الوسيلة الوقائية الوحيدة. من غير الواضح ما إذا كانت حشرات المن تنقل هذه العوامل الممرضة الصغيرة ، ولكن نظرًا لأنها تنقل الفيروسات بسهولة ، فمن المقبول عمومًا أنها ناقل محتمل.

ما يعنيه هذا بالنسبة لك هو أنه يتعين عليك بذل قصارى جهدك لاختيار النباتات الصحية فقط لحديقتك ثم حمايتها من أشباه الفيروسات عن طريق مكافحة مسارات انتقال العدوى. ابعد حشرات المن عن نباتاتك عن طريق تشجيع الحشرات المفترسة ، مثل الدعسوقة ، والتخلص من استخدام المبيدات الحشرية القوية. بعد كل شيء ، يمكن لهؤلاء الرجال الاستجابة بشكل أسرع بكثير من أي وقت مضى لغزو المن.

ستحتاج أيضًا إلى ممارسة الصرف الصحي الجيد بشكل مكثف إذا كنت تعمل بالقرب من مصنع مريض بشكل مشكوك فيه. تأكد من تعقيم أدواتك بين النباتات ، باستخدام ماء التبييض أو مطهر منزلي ، وإزالة النباتات المريضة والتخلص منها على الفور. ببعض المجهود من جانبك ، ستتمكن من تقليل تهديد الفيروسات إلى الحد الأدنى في حديقتك.

تم آخر تحديث لهذه المقالة في

اقرأ المزيد عن أمراض النبات


1. مقدمة

1 تعتبر أشباه الفيروسات تنتمي إلى مجموعة من الحمض النووي الريبي غير المشفر والقادرة على تنظيم التعبير الجيني للمضيف من خلال وسائل أخرى غير تشفير البروتينات لوظائف محددة (Qi et al. ، 2003).

2 أشباه الفيروسات هي أصغر مسببات الأمراض النباتية المعروفة حتى الآن. إنها تصيب النباتات فقط وتسبب الأمراض على النباتات العشبية والخشبية المهمة اقتصاديًا بما في ذلك بعض نباتات الزينة (تيسيتوري وآخرون ، 2007). تم توثيق التغيرات المورفولوجية والخلوية المرتبطة بعدوى الفيروسات بشكل جيد. تتفاقم الأعراض النموذجية بسبب ارتفاع درجة الحرارة ، ومن هذه الأعراض ، تكون الإصابة بملعقة الأوراق والكلور والتقزم (مصحوبًا بانخفاض كتلة الجذر) هي الأكثر شيوعًا. على المستوى الخلوي ، يعد تشوه جدران الخلايا وأغشية البلازما من أكثر الأعراض وضوحًا (Itaya et al. ، 2002 Tessitori et al. ، 2007)

3 تمت دراسة أشباه الفيروسات منذ السبعينيات (دينر ، 1971) ولكن معظم الدراسات ركزت على الهياكل الأولية والثانوية لهذه العوامل الممرضة ، أو على التفاعل بين أشباه الفيروسات والبروتينات النباتية. أدت هذه الدراسات إلى معرفة أفضل عن التركيب والتشكيل والتكاثر ومدى إمراضية أشباه الفيروسات. لسوء الحظ ، يوجد بالفعل نقص في الفهم فيما يتعلق بعلاقة المضيف بالممرض. يتضمن ذلك الآليات الجزيئية لمثل هذه العلاقة ، فضلاً عن التفاعلات بين أشباه الفيروسات وأنواع النباتات المضيفة (تيسيتوري وآخرون ، 2007). ومع ذلك ، منذ بضع سنوات ، أجريت بعض الدراسات في هذا المجال البحثي. تم نشر مراجعة حديثة حول التفاعلات بين أشباه الفيروسات ومضيفيها وتركز على آليات التكرار وهيكل وتهريب أشباه الفيروسات في النباتات (دينغ ، 2009). ستفحص مراجعتنا الجوانب الجزيئية للعدوى الفيروسية في مضيفيهم وخاصة إمراضية الفيروس وآليات دفاع النبات.


فيرويدز

الشكل 1. أصيبت هذه البطاطس بالعدوى بفيروس درنة مغزل البطاطس (PSTV) ، والتي تنتشر عادة عند استخدام السكاكين المصابة لتقطيع البطاطس الصحية ، والتي يتم زراعتها بعد ذلك. (الائتمان: باميلا روبرتس ، معهد علوم الأغذية والزراعة بجامعة فلوريدا ، وزارة الزراعة الأمريكية ARS)

في عام 1971 ، تيودور دينراكتشف اختصاصي علم الأمراض الذي يعمل في خدمة البحوث الزراعية جسيمًا لا خلويًا أطلق عليه اسم فيرويد ، ويعني "شبيه بالفيروس". فيرويدز تتكون فقط من خيط قصير من RNA دائري قادر على التكرار الذاتي. تم العثور على أول فيروس تم اكتشافه يسبب مرض مغزل درنات البطاطس، مما يؤدي إلى انتشار أبطأ وتشوهات مختلفة في نباتات البطاطس (انظر الشكل 1). مثل الفيروسات ، تتحكم أشباه درنات درنات البطاطس (PSTV) في الآلات المضيفة لتكرار جينوم الحمض النووي الريبي الخاص بها. على عكس الفيروسات ، لا تحتوي أشباه الفيروسات على غلاف بروتيني لحماية معلوماتها الجينية.

يمكن أن تؤدي أشباه الفيروسات إلى خسائر فادحة في المحاصيل الغذائية الزراعية المهمة تجاريًا والمزروعة في الحقول والبساتين. منذ اكتشاف PSTV ، تم اكتشاف أشباه فيروسية أخرى تسبب الأمراض في النباتات. نبات الطماطم مفتول العضلات (TPMVd) يصيب نباتات الطماطم ، مما يؤدي إلى فقدان الكلوروفيل ، والأوراق المشوهة والهشة ، والطماطم الصغيرة جدًا ، مما يؤدي إلى فقدان الإنتاجية في هذا المحصول الحقلي. الأفوكادو sunblotch viroid (ASBVd) ينتج عنه غلال أقل وثمار ذات جودة رديئة. ASBVd هو أصغر فيروس اكتشف حتى الآن يصيب النباتات. الفسيفساء الكامنة الخوخ (PLMVd) يمكن أن يسبب نخر براعم الزهور والأغصان ، وجرح الثمار الناضجة ، مما يؤدي إلى نمو فطري وبكتيري في الفاكهة. يمكن أن يسبب PLMVd أيضًا تغيرات مرضية مماثلة في الخوخ والنكتارين والمشمش والكرز ، مما يؤدي إلى انخفاض الإنتاجية في هذه البساتين أيضًا. يمكن أن تنتشر أشباه الفيروسات ، بشكل عام ، ميكانيكيًا أثناء صيانة المحاصيل أو حصادها ، والتكاثر الخضري ، وربما عن طريق البذور والحشرات ، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في توافر الغذاء وعواقب اقتصادية مدمرة.

فكر في الأمر


مسببات الأمراض النباتية والأمراض: مقدمة عامة

التكاثر (النسخ المتماثل)

تتكاثر الفيروسات وأشباه الفيروسات النباتية فقط داخل الخلايا النباتية الحية أو البروتوبلاستس. إن آليات التكاثر معقدة للغاية ويختلف التعقيد اعتمادًا على ما إذا كان الحمض النووي للفيروس هو RNA أو DNA ، وخيط أحادي أو مزدوج ، وخيط إيجابي أو سلبي. بشكل أساسي ، في عملية تكاثر الفيروسات وأشباه الفيروسات ، توفر الخلية النباتية المصابة جميع المواد الهيكلية (الحمض النووي والبروتينات) ، والطاقة ، والآلات اللازمة لصنع المزيد من الفيروسات ، في حين أن الفيروس أو أشباه الفيروسات تزود المخطط فقط بالشكل من حمضهم النووي. يشبه النسخ المتماثل للفيروسات (والفيروسات) عمل نسخ من صفحة أصلية (الفيروس) بمساعدة آلة نسخ حديثة (الخلية النباتية). بمجرد إنتاج حمض نووي فيروسي جديد وبروتين فيروسي في الخلية ، يتم تجميعهما في جزيئات فيروسية ( الشكل 20 ). جزيئات الفيروس ، بدورها ، إما تتراكم في الخلية منفردة أو كأجزاء من أجسام متضمنة ، أو تنتقل إلى خلايا نباتية أخرى مجاورة ، وربما من خلال عناصر غربال اللحاء ، في جميع أنحاء النبات.


فيروسات نباتية وفيروسات

عادة ما تكون الفيروسات (جزيئات الفيروسات أو الفيروسات) عبارة عن وحدات تتكون من الأحماض النووية وبروتينات الغلاف التي تسمى الكبسولات. تتكون أشباه الفيروسات من الحمض النووي الريبي فقط ، أي أنها لا تحتوي على بروتين على الإطلاق. باستثناء حالات قليلة ، الفيروسات ليست محاطة بغشاء. في حالة وجوده ، ينبع الغشاء المحيط بجسيم الفيروس - كما يظهر في الصور المجهرية الإلكترونية - عادةً من الخلية المضيفة (انظر الصورة على اليسار). ليس للفيروسات أي استقلاب للطاقة خاص بها. وبالتالي ، لا يمكنهم إجراء عمليات توليف وبالتالي غير قادرين على تكرار أنفسهم. اعتمادًا على الأنواع المضيفة ، يتم تمييزها بين فيروسات النبات التي تتكاثر بشكل حصري تقريبًا داخل الخلايا النباتية ، والفيروسات البكتيرية (العاثيات) التي تعتمد على البكتيريا الحية ، والفيروسات الحيوانية.

الصورة على اليسار: أغشية فيروسية. نضوج الفيروس (فيروس Maus-Friend-leukemia) عن طريق التبرعم من غشاء البلازما للخلية المضيفة. لاحظ الهياكل المماثلة للغشاء المحيط بالفيروس وغشاء الخلية المضيفة (deHARVEN ، نيويورك).

بالنسبة لفيروسات النبات ، فإن مصطلح الخصوصية (أو خصوصية المضيف) له معنى ضيق للغاية ، حيث لا يوجد فيروس نباتي على هذا النحو. بدلاً من ذلك ، يمكن تجميع فيروسات النبات في عدد من "الأصناف". على سبيل المثال ، يتكاثر فيروس موزاييك التبغ (TMV) داخل نوع نيكوتيانا ، والعديد من النباتات الباذنجانية الأخرى ، وعدد قليل من الأنواع من عائلات النباتات الأخرى. عادة ما يشتق اسم الفيروس من اسم النبات المضيف الرئيسي له. على الرغم من أن مصطلح "الأنواع" بالنسبة للفيروسات قد لا يتوافق تمامًا مع الطريقة التي تم تعريفها بها في النظاميات البيولوجية ، إلا أنه من المعقول والشائع تمامًا استخدامه للفيروسات أيضًا ، نظرًا لأن جميع الفيروسات وأشكال الفيروسات تحتوي على جينوم أصلي مع نوع معلومة محددة. استمراريته عبر الأجيال مضمونة من خلال التكرار في الخلايا المضيفة. يتم ترميز المعلومات الجينية للفيروسات إما عن طريق الحمض النووي الريبي أحادي الشريطة (معظم فيروسات النباتات) ، أو الحمض النووي الريبي مزدوج الشريطة (فيروسات ورم الجرح) ، أو الحمض النووي أحادي السلسلة (فيروسات الجوزاء) أو الحمض النووي المزدوج الشريطة (فيروس الفسيفساء القرنبيط: CaMV ). بناءً على شكل جسيم الفيروس ، يتم تمييزه بين فيروسات على شكل قضيب وفيروسات إيكوساديريكال مع قفيصة تبدو كروية تقريبًا.

فيروس فسيفساء التبغ: صورة مجهرية إلكترونية لعينة ملطخة بشكل سلبي. الهيكل الشبيه بالإرتياح هو نتيجة لمعالجة الصور.

ليس لفيروسات النبات آلية محددة لدخول الخلية المضيفة. جدار الخلية والبشرة هي عقبات صعبة بالنسبة لهم. لذلك تعتمد فيروسات النبات على الإصابات أو على الانتقال عبر اللافقاريات (الحشرات ، الديدان الخيطية ، إلخ). يعمل جهاز إرسال الحيوان أيضًا في بعض الحالات كمضيف وسيط. هذا يعني أن بعض فيروسات النبات قادرة على التكاثر داخل الأنسجة الحيوانية.

الأمراض الفيروسية للنباتات نادرة نسبيًا. نادرا ما تكون العدوى قوية بما يكفي لقتل النبات. تفضل الزراعة الأحادية الانتشار ، وقد تكون الخسائر في الأرباح الزراعية التي تسببها البطاطس X ، أو فيروسات البطاطس Y ، على سبيل المثال ، كبيرة.

من بين العديد من الفيروسات ، تم عزل العديد من السلالات (wildtypes) المختلفة اختلافًا كبيرًا. من بين الاختلافات نطاق المضيف ودرجة الفوعة. علاوة على ذلك ، تم الكشف عن فيروسات. أشباه الفيروسات هي جزيئات RNA دائرية صغيرة لا تقوم بتشفير البروتينات نفسها. بدلاً من ذلك ، تتداخل الفيروسات مع نسخ الخلايا بسبب تشابهها مع مناطق معينة من التعرف على منتجات النسخ الأولية. يبدو أن أشباه الفيروسات تمنع القطع الصحيح من الإنترونات. يُفترض أنها تتضاعف بمساعدة الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الخلوي الثاني. تحدث أشباه الفيروسات بشكل رئيسي في المناخات الدافئة وتسبب خسارة كبيرة في الربح كعوامل مسببة لمرض البطاطس أو مرض كادانج كادانج في النخيل.

تركيز الفيروس داخل الخلايا النباتية مرتفع ، على الرغم من أن فيروس مثل TMV لا يؤذي المضيف بشكل خطير. غالبًا ما تحتوي الخلايا المصابة على بلورات فيروسية ضخمة. وهكذا كان TMV هو أول فيروس يتم عزله في حالة نقية وبكميات كبيرة (دبليو إم ستانلي ، 1935 ، ثم في جامعة برينستون).

النباتات بعيدة كل البعد عن أن تكون أعزل ضد الفيروسات. فقط عدد قليل من أنواع الفيروسات قادرة على اختراق الأنسجة البائسة أو إصابة عدد من الأجيال النباتية المتعاقبة (الانتقال الرأسي). فرط الحساسية هي حماية فعالة. نحن نعلم ذلك بالفعل من عدوى الفطريات. يعتمد على موت الخلايا في المنطقة المحيطة مباشرة بالموقع الأساسي للعدوى ، وبالتالي وقف انتشار الفيروس. في حالة نيكوتيانا تاباكوم ، تم تحليل السبب الجيني لفرط الحساسية. يضمن أحد منتجات الجين Nicotiana فرط الحساسية ضد جميع سلالات TMV ، بينما يؤثر منتج آخر على بعض سلالات TMV فقط. الأعراض التي يسببها الفيروس في الموقع الرئيسي للعدوى تسمى الأعراض الأولية. تسمى الأعراض الناتجة عن انتشاره في جميع أنحاء النبات بالأعراض الثانوية.

عادة ما يمكن التعرف على عدوى الفيروسات من خلال أنماط أوراق تشبه الفسيفساء من الضوء والأخضر الداكن. تنتشر العدوى غالبًا على الورقة بأكملها بدءًا من عروق الأوراق. عادة ما تكون الأوراق المصابة أثناء نموها مشوهة أو مطوية.

في كثير من الأحيان ، تتطور مناطق الأوراق الفاتحة ، والتي تسمى الكلوروز ، حول الموقع الأساسي للعدوى. تسمى المناطق الذابلة بالنخر. يحدث الكلور بسبب انهيار الكلوروفيل مما يؤدي إلى انخفاض معدل التمثيل الضوئي. تتميز العدوى الشديدة بفقدان الكلوروفيل الموضعي الكامل. المناطق المتضررة لها مظهر مصفر حيث تبقى الكاروتينات فقط. بعض سلالات TMV ، على سبيل المثال ، يمكن التعرف عليها من خلال مناطق الأوراق الصفراء ("السلالات الصفراء"). في الطبيعة ، مثل هذه السلالات نادرة جدًا لأن مثل هذا الضرر القوي للمضيف يضعف أيضًا فرص الفيروس في التكاثر والانتشار.

تتكاثر بعض الفيروسات داخل النبات دون أن تسبب أعراضًا. هذه الظاهرة تسمى العدوى الكامنة. في المقابل ، يتسبب فيروس ورم الجرح في تطور الأورام. تعتمد أعراض معظم الفيروسات على كل من الفيروس والمضيف ، وبالتالي فهي تقدم ميزة تشخيصية مهمة.

صموئيل G. SAMUEL في عام 1934 تجريبيًا أن فيروس TMV يستخدم نظام الأوعية الدموية للنبات للانتشار ، في الواقع نقل النبات من وإلى الخارج. نتيجة لذلك ، فإن الأوراق والجذور القديمة المتمايزة تمامًا والأوراق الشابة مصابة بالتساوي.

منذ عقود ، تعد فيروسات النبات (وخاصة TMV) كائنات اختبار مفضلة للبحث النقي بسبب الكميات الكبيرة من المواد المستخرجة من النباتات المصابة. كان TMV ، أيضًا ، أول كائن إلكتروني مجهر بيولوجي يتم تصويره (G. KAUSCHE، E. PFANNKUCH، A. RUSKA، Berlin، 1939).

TMV-RNA المعزول بحد ذاته معدي. وبالتالي يمكن أن يكون ناقلًا للمعلومات الجينية (A. GIERER و G. SCHRAMM ، Tübingen ، 1956). أظهرت التغييرات الكيميائية في TMV-RNA (نزع الأمين من الأدينين أو السيتوزين بسبب العلاج بالنتريت) بالإضافة إلى ذلك وللمرة الأولى أن التغيرات في الحمض النووي الريبي تسبب الطفرات أيضًا (K.W.MUNDRY and A. تسببت التغييرات في هذه التجارب الأولى في حدوث طفرات في بروتين الغلاف (A. TSUGITA و H. FRAENKEL-CONRAT ، Berkeley ، 1960 H. G. WITTMANN ، Tübingen ، 1960).

أسفر تحليل عدد كبير من المسوخات المستحثة كيميائيًا (التي أجرتها مجموعات العمل أعلاه (TSUGITA و FRAENKEL-CONRAT ، WITTMANN)) عن النتائج الأولى المهمة لتشفير الشفرة الجينية. أثبتت بيانات WITTMANN أن الشفرة الجينية ليست متداخلة ، وأنها عالمية في جميع الممالك البيولوجية: البكتيريا والنباتات والحيوانات. أوضح العمل على TMV أيضًا أن الحمض النووي الريبي الحامل للجينات لا يعمل في نفس الوقت مثل الرنا المرسال. يتم تصنيع الرنا المرسال داخل الخلية ككسر منفصل (T.R. HUNTER وآخرون ، كامبريدج ، 1976).

تدرس مجموعة العمل في A.KLUG (مجلس البحوث الطبية ، ومختبر البيولوجيا الجزيئية ، كامبريدج) تجميع جزيئات الفيروس الكاملة من وحدات البروتين الفرعية ودمج الحمض النووي الريبي في جسيم الفيروس الجديد منذ أكثر من عقدين.

سمح تطوير تحليل الأشعة السينية (تحليل بنية Röntgen) والفحص السريع للبيانات بسبب جيل جديد من أجهزة الكمبيوتر بإزالة بنية البروتين العالي للفيروسات. ، أدى التقدم الكبير في الدراسات التي تمت مراجعتها هنا إلى تجربة S. قام هاريسون وزملاؤه (جامعة هارفارد) في أوائل الثمانينيات بتحليل الفيروسات الكروية. أسفرت دراساتهم عن تفكك الهيكل الفيروسي الثلاثي والرباعي. كان الحد الأدنى للقرار من 2.8 إلى 2.9 Å كافياً لتوطين حمض أميني واحد.

كان التجميع شبه المكافئ اكتشافًا مهمًا في هذه الدراسات. يمكن لبروتين الغلاف لبعض الفيروسات أن يتجمع في أشكال مختلفة. تختلف الأشكال في عدد محاور التناظر وفي تجميعها الجزيئي. يفسر توليد مثل هذه المجاميع الهياكل المعقدة مثل الكرة المجوفة. النتائج التي توصل إليها هاريسون وآخرون. لها طابع نموذجي ، لأن الهياكل المعقدة من هذا النوع متكررة في الطبيعة. إن سوط بدائيات النوى الشبيه بالمسمار ، على سبيل المثال ، عبارة عن تجميع لنوع واحد من البروتين (فلاجيلين).

فلماذا درس علماء الأحياء الجزيئية العاثيات بدلًا من فيروسات النبات بشكل مكثف ولعقود؟ فيما يلي بعض الإجابات المعقولة:

  1. من السهل فهم تكاثر العاثيات. من السهل زراعة مضيفيهم ، البكتيريا (تمت دراسة Eschericia coli بشكل أفضل) ، ومدة جيل واحد قصيرة. يتم الانتهاء من دائرة كاملة لضرب العاثيات في غضون 15 دقيقة. يعتبر نظام الملتهمة / البكتيريا أقل تعقيدًا من نظام الفيروس / النبات. وبالتالي يسهل قياس المعلمات الفردية. العدوى بعاثة واحدة كافية ، بينما في حالة فيروسات النبات غالبًا ما تشارك عدة فيروسات.

  2. كان علماء الوراثة الذين يدرسون البكتيريا والعاثيات مهتمين بشكل أساسي بالحمض النووي (مزدوج السلسلة) للعاثيات (توجد أيضًا لاقمات تحتوي على الحمض النووي الريبي ولاقمات الحمض النووي المفردة التي تقطعت بها السبل). يمكن إعادة تجميع معلومات خيوط الحمض النووي المزدوجة ، ويمكن تحديد ترتيب جيناتها. جزيئات الحمض النووي الريبي ليس لها إعادة تركيب ، لذلك من الصعب في كثير من الأحيان قول شيء عن تنظيم جينومات فيروسات النبات. مع ذلك ، توفر الهندسة الوراثية الحديثة إمكانيات للحصول على النتائج. عيب العاثيات هو البنية المعقدة في كثير من الأحيان لقفيصاتها. يتكون الغلاف غالبًا من أكثر من 20 نوعًا من البروتينات المختلفة.

  3. أسفرت دراسة البكتيريا وعاثياتها عن العديد من النتائج فيما يتعلق بمسار العدوى والتركيب الحيوي للعاثيات. أظهرت التجارب الأداء المذهل للخلايا. خلال أواخر الخمسينيات ، على سبيل المثال ، تم اكتشاف الرنا المرسال داخل بكتيريا مصابة بالعاثية. في وقت لاحق ، تم العثور على mRNA ليكون وسيطًا أساسيًا لكل عملية تخليق حيوي للبروتين.

أثارت دراسة الفيروسات الممرضة للنبات الآمال في الحصول على المعرفة حول الاحتمالات والتعبير عن جينوم النبات ، وكذلك آليات دفاع النبات ضد الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي الغريب.

استنادًا إلى نتائج البيولوجيا الجزيئية ، وخاصة الأبحاث المتعلقة بالفيروسات في العقود الماضية ، فقد تمت محاولة تطوير حماية ضد العدوى بالفيروسات بمساعدة الأساليب المتاحة حاليًا في الهندسة الوراثية. ومن الأمثلة على ذلك محاولة إحداث آلية دفاع ضد فيروس تجعد الأوراق. يمكن العثور على تقرير من W. SCHUCHERT و E. PEERENBOOM و MPI für Züchtungsforschung (بالألمانية فقط) تحت:


3.2 كيف تنظم أشباه الفيروسات الجينات: فرضية إسكات الجين

12 إسكات الجين هو آلية حشوية لتنظيم التعبير الجيني للكائنات حقيقية النواة. تم اكتشاف هذه الظاهرة لأول مرة في النباتات المعدلة وراثيا وسميت بالقمع المشترك أو إسكات الجينات بعد النسخ (PTGS) (Baulcombe، 1996 Jana et al.، 2004). أصبح من الواضح بسرعة أن PTGS يمكن أن يعمل ضد مسببات الأمراض مثل الفيروسات أو أشباه الفيروسات (Angell et al. ، 1997 Jana et al. ، 2004).

13 يلعب الرنا المزدوج الجديلة دورًا مهمًا في توحيد مسار الإسكات إما كمحفز أو وسيط. يتميز إسكات الجينات بتأثير جزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة (يتراوح حجمها من 21 إلى 25 نانومتر) في تنظيم التعبير الجيني. يمكن أن تكون هذه RNAs الصغيرة داخلية أو خارجية. الأولى تسمى micro-RNAs (miRNAs) وهي متورطة في تنظيم التعبير الجيني الطبيعي أثناء التطور. على العكس من ذلك ، يُطلق على النوع الثاني اسم RNAs صغير التداخل (siRNAs) ويشارك في استجابة النبات ضد RNAs الخارجية (المسببة للأمراض أم لا). سيتم تحليل هذا المسار الثاني.

14 يمكن أن تحفز RNAs الخارجية آليتين تؤديان إلى إسكات الجين (أو إلى تدهور mRNA الخاص به): إسكات الجينات النسخية (TGS) و PTGS (Jana et al. ، 2004).

15 خلال PTGS ، أطلق جزيء RNA خارجي مزدوج الشريطة الآلية. يتم شق هذا الجزيء بواسطة Dicer ، وهو ريبونوكلياز من عائلة RNAse III ، إلى RNA متداخل صغير (بطول 21 و 25 nt) من كلا القطبين. هذه الأنواع من الحمض النووي الريبي مزدوجة الجديلة ولديها نوعان من النيوكليوتيدات طويلة 3 'متدلية و 5' فوسفات وهي السمات المميزة لمنتجات انقسام Dicer. يتم إنتاج هاتين الفئتين من siRNAs بواسطة اثنين من Dicers (Landry et al. ، 2004) وتم اكتشاف أربعة Dicers متجانسة على الأقل في النباتات. يتم دمج siRNAs المنتجة في مجمع إسكات RNA المستحث (RISC) حيث يتم فقد أحد الخيوط. يستهدف هذا المركب الجديد ويشق رنا خارجيًا (أو داخليًا) منفردًا تقطعت بهم السبل (م) يظهر تكاملًا جيدًا مع هذه الرنا الصغيرة المدمجة. في النباتات والكائنات الحية الأخرى ، يمكن أن تكون siRNAs بمثابة بادئات (عن طريق التهجين على تسلسل تكميلي) لتخليق الرنا المزدوج الجديلة بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي (RdRP). هذا يؤدي إلى إنشاء المزيد من siRNAs ، وبالتالي تضخيم آلية إسكات الجينات (الشكل 4) (Landry et al. ، 2004).

تتميز ظاهرة TGS بواسطة مثيلة الحمض النووي الريبي الموجهة (RdDM) لتسلسلات المروج. أثناء TGS ، يؤدي جزيء dsRNA إلى مثيلة كثيفة لمنطقة المروج (مما يؤدي إلى تعطيل هذا المروج) بسبب التناظر التسلسلي الموجود بين هذا الحمض النووي الريبي والمروج. يمكن أن يكون طول الهدف صغيرًا مثل 30 نيوكليوتيد مما يعطي رابطًا بين PTGS و TGS. بعبارات أخرى ، يمكن أن يتحلل الرنا المزدوج الجديلة الخارجية على siRNA في السيتوبلازم ثم تحفيز مثيلة منطقة المروج عن طريق نقل جزيء الإشارة إلى النواة (Papaefthimiou et al. ، 2001). يبدو أن إسكات الجين (خاصة PTGS) شائع أثناء العدوى الفيروسية والفيروسية ويعتبر مناعة مضادة للفيروسات في النباتات (Ding et al. ، 2004). هذا مدعوم بثلاث حجج للعدوى بالفيروسات النباتية.

17 أولاً ، تؤدي العدوى الفيروسية إلى إسكات الحمض النووي الريبي في النباتات المصابة التي تستهدف الحمض النووي الريبي الفيروسي وجميع جزيئات الحمض النووي الريبي المتماثلة. يعد اكتشاف سيرنا الفيروسي لكلا القطبين شائعًا بشكل فعال أثناء عدوى النبات (Hamilton et al. ، 1999 Papaefthimiou et al. ، 2001).

18 ثانيًا ، تقوم فيروسات النبات بتشفير البروتينات القادرة على إعاقة آلية الإسكات (لي وآخرون ، 2001). تم تحديد ثلاثة أنواع من المثبطات الفيروسية: HC-Pro و Cmv2b و p25. الأول (المشفر بواسطة Potyviruses) يؤدي إلى انخفاض في كمية 25-nt siRNA ولكنه لا يمنع إشارة الإسكات. Cmv2b (مشفر بواسطة فيروس فسيفساء الخيار، CMV) لا يمكن أن يقمع الإسكات عند إثباته مشيرًا إلى أن هذا المكثف يعمل في مرحلة مبكرة من HC-Pro. وجد أن Cmv2b يحجب إشارة الإسكات أو يمنع الإشارة الوسيطة من جديد تحريض إسكات الحمض النووي الريبي (لي وآخرون ، 2001). علاوة على ذلك ، أظهرت دراسة أن Cmv2b يشفر إشارة توطين نووي وظيفية. يشير هذا إلى أن قمع إسكات الحمض النووي الريبي الناجم عن Cmv2b قد يحدث في النواة أو أن الاتجار النووي ضروري لنشاط القامع (Li et al. ، 2001). أخيرًا ، p25 (بروتين 25 كيلو من فيروس البطاطس X، PVX) يمنع إشارة إسكات النظام ولكن ليس مسار الإسكات المحلي (Li et al. ، 2001).

19 أخيرًا ، غالبًا ما تكون النباتات المعيبة في إسكات الحمض النووي الريبي أكثر عرضة للإصابة بالعدوى الفيروسية (أو على الأقل حساسة) من النباتات البرية (Ding et al. ، 2004). تم عرض هذا مع نبات الأرابيدوبسيس thaliana Heynh. ، والنمط البيئي Wassilewskijia ، ونباتات التبغ معيبة أو حل وسط في إسكات الحمض النووي الريبي. RNA إسكات معيب أ. ثاليانا كان شديد الحساسية تجاه الفيروس المضخم للخلايا ، ولكنه كان عرضة مثل النبات البري لخمسة فيروسات أخرى تم اختبارها (Ding et al. ، 2004). كانت نباتات التبغ أكثر عرضة للإصابة تبغ فيروس الفسيفساء عندما يكون ناقصًا في إسكات الحمض النووي الريبي (Ding et al. ، 2004).

20 تُظهر هذه الحجج الثلاث معًا أن إسكات الجين هو آلية مناعة مضادة للفيروسات ضد فيروس النبات.

21 يجب أن يكون الموقف دقيقًا أثناء الإصابة بالفيروسات. كما هو الحال في حالات العدوى الفيروسية ، تؤدي أشباه الفيروسات إلى تحفيز مسار إسكات الحمض النووي الريبي في النباتات المصابة. يعد اكتشاف سيرنا الفيروسي لكلا القطبين شائعًا أيضًا أثناء العدوى النباتية (جوميز وآخرون ، 2008). ومع ذلك ، يمكن تجاوز آلية المناعة هذه بواسطة أشباه الفيروسات دون تشفير أي بروتين. تفسير هذه الظاهرة غير واضح في الواقع. تم إصدار العديد من الفرضيات. يجب أن تفلت أشباه الفيروسات من آلية الإسكات من خلال:

22- توطينهم الخلوي. يمكن لآلة الإسكات أن تحلل الحمض النووي الريبي في السيتوبلازم ، لكن أشباه الفيروسات تتكاثر في النواة (Pospiviroidae) أو في البلاستيدات الخضراء (Avsunviroidae) حتى تتمكن من الهروب من آلية الإسكات أثناء الخطوة الحاسمة من دورة حياتها

23 - يمكن للبنية الثانوية للفيروس وخاصة البنية الثانوية شديدة التشعب والمضغوطة لـ Avsunviroidae أن تحمي هذه الفيروسات ضد الإنزيمات المهدئة. علاوة على ذلك ، فإن وجود عدم تطابق في دبابيس الشعر في بنية الفيروس يقيد الانقسام بواسطة Dicer الذي يحتاج ، بشكل تفضيلي ، إلى 19 نقطة أساس من الحمض الريبي النووي النقال المتجاور.

24 - يمكن أن تلعب تفاعلاتها المحتملة مع البروتينات المضيفة التي لا يمكن الوصول إليها من أجل إسكات الإنزيمات دورًا في الحماية ضد آلية الإسكات (Wang et al. ، 2004 Landry et al. ، 2004). علاوة على ذلك ، فإن إسكات الجينات ليس فقط آلية دفاع ضد أشباه الفيروسات حيث يبدو أنه متورط أيضًا في إمراضية عوامل المرض هذه (Wang et al. ، 2004). نباتات الطماطم التي تعبر عن بنية الحمض النووي الريبي القاسي (hpRNA) مع تسلسل PSTVd ​​الجزئي تنتج سيرنا متماثلًا لـ hpRNA وتعرض أعراضًا شبيهة بالفيروس. ومع ذلك ، فإن هذه الأعراض أقل أهمية مما كانت عليه أثناء عدوى PSTVd ​​(Wang et al. ، 2004). علاوة على ذلك ، جوميز وآخرون. (2008) أظهر ذلك مؤخرًا قفزة حيلة viroid-مصاب نيكوتينيا بنتاميانا تُظهر النباتات المعيبة لنشاط RNA polymerase 6 (RDR6) المعتمد على RNA (وهو إنزيم أساسي لـ PTGS) عدوى غير مصحوبة بأعراض مقارنة بالنباتات البرية المصابة بنفس سلالة الفيروس. هذه هي الدراسة الأولى التي تربط بوضوح إسكات الجين والتعبير عن أعراض الفيروس.

يمكن لهذه النتائج أن تفسر كيف تحفز أشباه الفيروسات على الأعراض وتنظم التعبير الجيني للمضيف. يمكن أن يؤدي تحلل أشباه الفيروسات بواسطة آليات دفاع النبات المضيف إلى تلف النبات عندما تكون siRNAs الفيروسية متجانسة لاستضافة mRNA أو مناطق المروج. يمكن تنظيم جينات النبات والحث على ظهور أعراض الفيروس النموذجية. علاوة على ذلك ، من الواضح أن أشباه الفيروسات قادرة أيضًا على تحفيز TGS الذي يمكن أن يسبب أعراضًا ولكن هذا المسار لم تتم دراسته بشكل أقل مع أشباه الفيروسات على عكس PTGS. ومع ذلك ، يبدو أن إسكات الجينات لا يمكن أن يفسر جميع الأعراض المستحثة. يجب أن تشارك التفاعلات الأخرى في تنظيم الجينات و / أو في التعبير عن الأعراض.


لاحظ أن الآراء تختلف حول ما إذا كانت الفيروسات هي شكل من أشكال الحياة أو هياكل عضوية بسيطة تتفاعل مع الكائنات الحية. يصفها البعض بأنها كائنات حية على حافة الحياة لأنها لا تزال تحتوي على مواد وراثية ، ويمكنها إعادة إنتاج نسخ متعددة من نفسها من خلال التجميع الذاتي ، وتتطور عن طريق الانتقاء الطبيعي.

ومع ذلك ، فإنها تفتقر إلى بعض السمات المميزة الرئيسية للكائنات الحية. على سبيل المثال ، يعتمدون على إصابة العائل للتكاثر والبقاء على قيد الحياة. هم أيضا لا يمكن أن تتطور من تلقاء نفسها. علاوة على ذلك ، فإنها تفتقر إلى أي شكل من أشكال إنتاج الطاقة أو التمثيل الغذائي.

ما سبق ذكره هي الخصائص الرئيسية للفيروسات. يعد فهمها مهمًا في فهم أوجه التشابه والاختلاف بين الفيروسات وأشباه الفيروسات والبريونات. ومع ذلك ، فإن المؤشرات اللاحقة تقارن الفيروسات مقابل أشباه الفيروسات والبريونات ، على التوالي.

الفيروسات مقابل أشباه الفيروسات: أوجه التشابه والاختلاف

كلاهما عوامل معدية مصنوعة من مادة وراثية. على غرار الفيروس ، يفتقر الفيروس إلى الطاقة وآليات التمثيل الغذائي. يعتمد أيضًا على مضيف للتكرار والتطور. فيما يلي الاختلافات الرئيسية في الفيروسات عن الفيروسات:

• فيرويدات مصنوعة من الحمض النووي الريبي. هم لا يرمزون لأي بروتين. من ناحية أخرى ، يمكن أن تستند الفيروسات إلى الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي.

• يمكن أن تكون صغيرة حتى 10 نانومتر ويمكن أن تتراوح بين 246 إلى 467 قاعدة نووية. يبلغ طول أصغر الفيروسات المعروفة حوالي 2000 قاعدة نووية.

• الفيروسات مادة وراثية مغلفة بطبقة بروتينية تسمى قفيصة. فيرويدس لا تملك واحدة. هم في الأساس خيوط عارية من المواد الوراثية.

• الفرق الرئيسي بين الاثنين هو أن أشباه الفيروسات تعيش في نباتات أعلى ، وبالتالي تصيب الحياة النباتية فقط. تصيب الفيروسات جميع أشكال الحياة.

• تذكر أنها لا ترمز للبروتينات. ومع ذلك ، فهي تحتوي على عناصر هيكلية للحمض النووي الريبي (RNA) تمكنهم من استخدام الآلات المضيفة للنباتات للتكرار.

• يؤدي تفاعلها مع الخلايا المضيفة أيضًا إلى التحايل على الاستجابة الدفاعية وتغيير جينات النبات.

الفيروسات مقابل البريونات: أوجه التشابه والاختلاف

إذا كانت الفيروسات عبارة عن خيوط من مادة وراثية مصنوعة إما من RNA أو DNA داخل قفيصة ، وإذا كانت الفيروسات عبارة عن خيوط RNA عارية ، فإن البريونات هي ببساطة جزيئات بروتين معدية لا تحتوي على DNA أو RNA. فيما يلي خصائص البريونات:

• هي شكل غير طبيعي من البروتينات غير الضارة عادة. يمكن أن تتسبب في انحناء البروتينات المجاورة عن شكلها.

• لاحظ أن البريونات توصف أيضًا على أنها بروتينات غير مطوية. لا يزال من غير المعروف ما الذي يسبب اختلال البروتينات الطبيعية.

• البريونات لا تتكاثر عن طريق التكاثر ، على عكس الفيروسات ، وأشباه الفيروسات ، والكائنات الحية. إنهم ببساطة يصنعون بروتينات طبيعية مثل أنفسهم.

• كلمة "بريون" مشتقة من "جزيء معدٍ بروتيني". تشكل البروتينات المشوهة مجاميع غير طبيعية تسمى الأميلويد.

• تتراكم الأميلويد في الأنسجة المصابة بالبريون. ترتبط بموت الخلايا وتلف الأنسجة.

• يمكن أن تسبب الأمراض التنكسية العصبية. بمجرد دخول البريونات إلى الدماغ ، فإنها تجبر البروتينات الطبيعية على الانثناء إلى أشكال غير طبيعية.

• Some diseases resulting from prion infections are bovine spongiform encephalopathy or mad cow disease and Creutzfeldt–Jakob disease in humans.

• Prions are resilient. They are resistant to heat, chemicals, and radiation. Prions from cows can infect humans, especially if they get into the food supply.

FURTHER READINGS AND REFERENCES

  • Flores, R., Di Serio, F., and Hernández, C. 1997. “Viroids: The Noncoding Genomes.” Seminars in Virology. 8(1): 65-73. DOI: 1006/smvy.1997.0107
  • Prusiner, S. B. 1991. “Molecular Biology of Prion Diseases.” Science. 252(5012): 1515-1522. DOI: 1126/science.1675487
  • Tsagris, E. M., De Alba, A. E. M., Gozmanova, M., and Kalantidis, K. 2008. “Viroids.” Cellular Microbiology. 10(11): 2168-2179. DOI: 1111/j.1462-5822.2008.01231.x


شاهد الفيديو: الفيروسات والأمراض الفيروسية. أحياء. التحصيلي علمي. 1441-1442