VIRUS MOZAIC DE TUTUN: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, REPLICARE - BIOLOGIE - 2025

Virusul mozaicului al prizat ( TMV , din engleză Tobacco Virus Mosaic) este un virus ARN de plante care provoaca aparitia unor pete brune pe frunzele plantelor de prizat și alte culturi de interes economic , cum ar fi tomate și alte solanacee.

Numele său derivă din modelul petelor pe care le provoacă la plantele infectate, care este descris ca „mozaic”. Este primul virus identificat și descris în natură, evenimente care au avut loc între sfârșitul anilor 1800 și începutul anilor 1900, adică acum mai bine de un secol.

Micrografie electronică a virusului mozaicului de tutun (Sursa: Niciun autor care nu poate fi citit. Mașină asumată (bazată pe revendicări de copyright). / Domeniu public, prin Wikimedia Commons)

Se estimează că pierderile de tutun cauzate de virusul mozaicului de tutun sunt în jur de 1%, deoarece sunt cultivate tot mai multe plante rezistente. Cu toate acestea, alte culturi, cum ar fi roșiile, de exemplu, suferă pierderi mai mari de 20% din cauza bolii cauzate de TMV.

Una dintre principalele probleme agronomice legate de acest virus are legătură cu faptul că poate trăi chiar și atunci când planta care o găzduiește moare și, în plus, că suportă temperaturi ridicate, astfel încât eliminarea sa dintr-o cultură sau din facilitățile de o seră este destul de provocatoare.

Cu toate acestea, virusul mozaicului de tutun s-a dovedit a fi foarte util ca:

- Model simbolic și didactic pentru a expune caracteristicile esențiale care definesc virusurile

- Prototip pentru investigarea biologiei plantelor gazdă parazite, în special a tutunului

- Instrument pentru studiul interacțiunilor patogen-gazdă și traficul de celule

- Instrument biotehnologic pentru exprimarea proteinelor de interes farmaceutic în tutun.

Descoperire

De la identificarea sa, virusul mozaicului de tutun a avut un rol transcendental în stabilirea câmpului virologiei, deoarece a fost primul virus identificat și descris în istorie.

Totul a început în 1879, când chimistul agricol german Adolf Meyer s-a dedicat studiului unor boli care au afectat tutunul.

Acest om de știință a demonstrat că o boală care a determinat apariția unor pete pe frunzele de tutun poate fi transmisă de la o plantă bolnavă la una sănătoasă, doar prin frecarea frunzelor acesteia din urmă cu un extract din prima.

Meyer a numit aceasta „boala mozaică a tutunului” și a sugerat inițial că agentul etiologic (cel care l-a produs) este de origine bacteriană, deși nu a putut-o izola sau cultiva experimental in vitro.

Structura virusului mozaicului de tutun. 1) ARN monocatenar, 2) Capsomer sau protomer, subunitate a proteinei CP capsidă și 3) Structura capsidei (Sursa: Y_tambe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/ 3.0) prin Wikimedia Commons)

Descoperirea primului virus

Creditul pentru descoperirea particulelor virale revine lui Dmitry Ivanovsky, un microbiolog rus care a investigat boala mozaicului de tutun între 1887 și 1890, descoperind că agentul cauzal al bolii era atât de mic încât putea trece prin porii minusculi. a unui filtru de porțelan, unde bacteriile nu puteau trece.

Cu acest eveniment, Ivanovsky a stabilit că boala se datora unui „virus filtrabil”, luând termenul „virus” din cuvântul latin pentru „otravă”.

Lucrările lui Ivanovsky au fost ulterior confirmate, în 1895, de olandezul Willem Beijerinck, care a demonstrat transmiterea serială a virusului (de la plantă la plantă) folosind șaua filtrată a plantelor bolnave.

Lucrările lui Beijerinck au servit, de asemenea, pentru a demonstra că nu era pur și simplu o toxină chimică, ci mai degrabă un agent viu capabil să se auto-replică.

Între 1927 și 1931, doi oameni de știință de la Institutul Boyce Thompson din Philadelphia, Vinson și Petri, au concentrat virusul prin precipitare folosind metodele utilizate pentru purificarea proteinelor.

Mai târziu, în 1935, Stanley a purificat virusul și a reușit să cristalizeze particule extrem de active și infecțioase în formă de ac, marcând un eveniment fără precedent în care o entitate „vie” ar putea să apară într-o stare cristalină.

Ani mai târziu, cu colaborarea și munca a numeroși oameni de știință, s-a stabilit că virusul mozaicului de tutun a fost un virus ARN cu bandă unică, cu aspect filamentos sau morfologie.

caracteristici

- Este un virus ARN cu o singură bandă ale cărui virioni sau particule virale au formă de tijă

- Genomul său, precum și majoritatea virusurilor, este protejat de un strat proteic

- Aparține familiei Virgaviridae și genului Tobamovirus

- Infecționează plantele de tutun și, de asemenea, unele plante conexe, în special umbrele de noapte (cartof, tomate, vinete etc.), adăugând peste 200 de gazde posibile

- Este extrem de stabil și poate rămâne pe diferite suprafețe mult timp

- La plantele infectate, acest virus se acumulează în titluri considerabil ridicate

- Simptomele pe care le provoacă la plantele bolnave sunt vizibile și ușor de identificat

Structura

Virusul de mozaic al tutunului, așa cum s-a menționat, este un virus ARN monocatenar (monocatenar) ale cărui particule virale au formă de tijă.

Schema generalizată a structurii virusului mozaicului de tutun, TMV (Sursa: TMV_Structure.png: Graham Colm TalkCărcătorul inițial a fost GrahamColm la Wikipedia Wikipedia. Lucrare generativă: Arnaugir / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses /by-sa/3.0) prin Wikimedia Commons)

Acoperire de proteine

Structura caracteristică a fiecărei particule virale este dată de un strat proteic format dintr-o helixă dreaptă a subunităților unei proteine ​​cunoscute sub numele de „proteină de acoperire”.

Acest înveliș are aproximativ 2.130 de subunități proteice, ceea ce se traduce într-o particulă virală cu o dimensiune medie de 300 nm lungime, un diametru de 18 nm și un centru gol de 2 nm în rază, unde genomul ocupă o rază apropiată de 4 nm.

Vedere de sus a stratului proteic TMV (Sursa: Autori de depunere: Stubbs, G., Pattanayek, R., Namba, K .; autor de vizualizare: Utilizator: Astrojan / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by /4.0) prin Wikimedia Commons)

genomul

ARN-ul genomic se găsește între virajele succesive ale elicei care alcătuiesc plicul, unind trei dintre nucleotidele sale la fiecare subunitate proteică și rămânând astfel complet acoperit de proteine.

Acest genom are o lungime de 6.395 nucleotide și are o „capotă” inversată de 7-metil-guanozină, atașată la capătul său 5 printr-o legătură trifosfat.

Informațiile codificate în genomul TMV corespund 4 gene care codifică 4 produse diferite:

- Două proteine ​​asociate cu replicarea, una de 126 kDa și cealaltă de 183 kDa, traduse direct din ARN-ul virusului

- o proteină de mișcare (MP, din English Movement Protein) și o proteină structurală sau de acoperire (CP, de la English Coat Protein), care sunt traduse din ARN-urile „subgenomice”.

O infecție cu TMV de succes implică cooperarea acestor patru produse multifuncționale cu multe dintre componentele celulare ale plantei gazdă, în special membrana celulară și citoscheletul.

replică

Pentru a înțelege mecanismul de replicare a TMV este necesar să înțelegem unele aspecte ale infecției cu acest virus.

Infecție inițială

TMV intră doar într-o plantă prin răni mecanice care „deschid” temporar membrana plasmatică sau cauzează evenimente de pinocitoză.

Infecția poate apărea din răni cauzate de manipularea cu mâinile infectate și prin instrumentele de prundere infectate etc., dar este rareori transmisă de insecte.

Odată ajunși în citosol, particulele virale își dezasamblează și eliberează ARN-ul genomic, care este recunoscut de celulă ca ARN propriu și este tradus de enzime citosolice specializate în acest scop.

„Capota” de metil guanozină a ARN genomic TMV este de cea mai mare importanță pentru acest proces, deoarece reușește să „ocolească” sistemul de „supraveghere” al celulei și să promoveze interacțiunea sa cu alte componente celulare.

Numărul de particule virale reunite crește rapid și acestea pot părăsi celula infectată și pot infecta alte celule vecine prin plasmodesmata, care sunt „canale” care conectează citosolul unei celule cu celulele care o înconjoară.

În cele din urmă, particulele virale ajung la sistemul de translocare a plantei, adică a xilemului și floemului, dispersându-se astfel în întreaga plantă.

Cum este procesul de replicare?

Virusul de mozaic al tutunului folosește genomul său ca șablon pentru a sintetiza șuvițe complementare negative care servesc ca șablon pentru sinteza unui număr mare de catene pozitive.

Aceste șabloane sunt de asemenea utilizate pentru sinteza ARN-urilor „subgenomice” care conțin cadre de citire deschise pentru proteinele MP și CP.

Cele două proteine ​​asociate replicării care sunt codificate în ARN genomic TMV au metil transferază, elicază și ARN-dependente de ARN polimerază.

Replicarea apare într-un complex asociat cu membrana reticulului endoplasmic care conține aceste proteine, proteina de mișcare (MP), ARN viral și alte proteine ​​gazdă ale plantelor.

Simptome

Simptomele virusului mozaicului tutunului variază foarte mult de la o specie de plantă la alta. Cu alte cuvinte, acestea depind considerabil de tipul de plantă gazdă și, în plus, de tulpina de virus, de „fondul” genetic al plantei și de condițiile de mediu în care se găsește.

Fotografie a frunzei unei plante de tutun infectată cu TMV (Sursa: RJ Reynolds Tobacco Company Slide Set / Domeniu public, prin Wikimedia Commons)

Simptomele apar de obicei la aproximativ 10 zile de la infecția inițială și acestea sunt:

- Apariția unor pete maronii sau gălbui cu o matcă asemănătoare unui mozaic pe lamele frunzelor

- Necroza

- Creștere cascadorie

- ondularea frunzelor

- îngălbenirea țesuturilor

- Randament scăzut în producția de fructe și chiar aspectul fructelor deteriorate și deformate

- Întârzierea maturării fructelor

- Culoarea fructelor nu este uniformă (în special în tomate)

Referințe

1. Butler, PJG (1999). Autoasamblarea virusului mozaicului de tutun: rolul unui agregat intermediar în generarea atât a specificității, cât și a vitezei. Tranzacții filosofice ale Royal Society of London. Seria B: Științe biologice, 354 (1383), 537-550.
2. Liu, C., & Nelson, RS (2013). Biologia celulară a replicării și mișcării virusului mozaicului de tutun. Frontiere în știința plantelor, 4, 12.
3. Mphuthi, P. (2017). Tabac Mosaic Virus simptome, transmitere și gestionare. Săptămâna fermierului, 2017 (17014), 60-61.
4. Rifkind, D., & Freeman, G. (2005). Descoperirile câștigătoare ale Premiului Nobel în bolile infecțioase. Elsevier.
5. Scholthof, KBG (2000). Lecții în patologia plantelor: virusul mozaicului de tutun. Instrumente de sănătate vegetală.
6. Scholthof, KBG (2004). Virusul mozaicului de tutun: un sistem model pentru biologia plantelor. Annu. Rev. Fitopatol., 42, 13-34.