Х-вирус картофеля
Х-ви́рус карто́феля (Potato virus X, PVX), вид вирусов; типовой представитель рода Potexvirus семейства Alphaflexiviridae. Инфицирует растения семейства паслёновые и относится к категории патогенов, имеющих важное экономическое значение. Вирионы X-вируса картофеля (ХВК) представляют собой простые нитевидные частицы длиной около 470–580 нм (в зависимости от штамма), образованные одной молекулой геномной РНК, вокруг которой расположены спирально уложенные субъединицы белка оболочки (БО).
ХВК был описан в числе первых вирусов растений в 1938 г. и является одним из наиболее изученных вирусов, на примере которого были исследованы взаимодействие «вирус – растение», механизм антивирусного сайленсинга, реконструкция вируса in vitro из отдельных компонентов – РНК и БО. На основе ХВК были сконструированы РНК-векторы для экспрессии целевых белков в клетках растений.
Структура вируса и строение генома
Вирусные частицы ХВК состоят из одноцепочечной геномной РНК положительной полярности длиной около 6400 нуклеотидов (нт), упакованной в капсид, состоящий из приблизительно 1300 субъединиц БО. В отличие от жёстких палочковидных вирионов вируса табачной мозаики (семейство Virgaviridae), вирионы ХВК имеют гибкую структуру. РНК несёт кэп (7-метилгуанозин) на 5’-конце и поли(А)-хвост на 3’-конце и включает 5 открытых рамок считывания (ОРС). ОРС1 кодирует РНК-зависимую РНК-полимеразу (репликазу), ОРС2, ОРС3, ОРС4 – транспортные белки тройного блока генов (ТГБ1, ТГБ2 и ТГБ3), необходимые для передвижения вируса из клетки в клетку, а ОРС5 – БО. ОРС2, ОРС3 и ОРС4 представляют собой перекрывающиеся рамки.
Жизненный цикл вируса
Жизненный цикл вируса можно разделить на следующие стадии:
Проникновение в клетку, высвобождение геномной РНК и синтез репликазы.
Синтез минус-цепи РНК (минус- и плюс-цепи образуют РНК-дуплекс).
Транскрипция и образование плюс-цепей полноразмерной и субгеномных РНК.
Трансляция ТГБ-белков и БО.
Сборка вирусных частиц.
Межклеточный транспорт дочерних вирионов.
При проникновении вируса в клетку происходит фосфорилирование N-концевого домена БО клеточными ферментами, что приводит к высвобождению геномной РНК. На её основе с помощью рибосом клетки-хозяина синтезируется 5’-концевой продукт – репликаза (165 кДа). Репликаза включает 3 домена: N-концевой метилтрансферазный (участвует в образовании кэпа), хеликазный домен (необходим для расплетания РНК-дуплекса) и С-концевой домен полимеразы.
С помощью репликазы происходит транскрипция с образованием полноразмерной комплементарной минус-цепи РНК, которая вместе с плюс-цепью образует двухцепочечную РНК. Минус-РНК содержит как 5’-промотор для транскрипции полноразмерной плюс-РНК, так и внутренние промоторы для транскрипции плюс-цепей субгеномных РНК (сгРНК), служащих матрицей для экспрессии ТГБ-белков и БО.
сгРНК имеют общий 3’-конец и отличаются 5’-концом. На основе сгРНК1 (около 2100 нт) транслируется ТГБ1 (25 кДа), на основе сгРНК2 (около 1400 нт) транслируется два продукта – ТГБ2 (12 кДа) и ТГБ3 (8 кДа) – за счёт механизма слабого сканирования. сгРНК4 (около 900 нт) моноцистронная, при её трансляции происходит синтез БО.
ТГБ1 – белок с разнообразными функциями. Имеет хеликазную и РНК-связывающую активность. Способен увеличивать пропускную способность плазмодесм, ингибировать РНК-сайленсинг, а также выступать в роли трансляционного активатора. Ингибирование антивирусной защиты клетки осуществляется белком ТГБ1 за счёт связывания с белком-аргонавтом (Argonaute1) и его направления на деградацию в протеосомах. ТГБ, ТГБ3 содержат гидрофобные домены и ассоциированы с мембранами клеток, главным образом с мембранами эндоплазматического ретикулума (ЭПР).
Процесс репликации вируса компартментализируется в «вирусных фабриках», которые в случае ХВК называются «Х-тельцами». Это мембранные структуры, расположенные рядом с ядром клетки и образованные как клеточными, так и вирусными компонентами. ТГБ1 играет центральную роль в образовании Х-телец: участвует в ремоделировании актиновых филаментов клетки, мембран ЭПР и аппарата Гольджи, а также рекрутирует ТГБ2 и ТГБ3. В Х-тельцах также локализуются вирусные РНК, репликаза, БО и клеточные рибосомы. Функции Х-телец заключаются в защите вирусного синтеза и повышении его эффективности за счёт локальной концентрации всех необходимых компонентов. На периферии Х-телец накапливаются собранные вирусные частицы.
Полученные рибонуклеопротеиды взаимодействует с белком ТГБ1 и образуют транспортную форму для перемещения дочерних вирионов через плазмодесмы.
Симптомы инфекции ХВК
Симптомы инфекции ХВК мягкие, проявляются в виде листовой мозаики на картофеле, томатах, табаке и других растениях семейства паслёновые. ХВК распространяется при механических повреждениях клеточной стенки растений, а также через пыльцу, семена. Инфицирование может происходить через заражённое сельскохозяйственное оборудование, а также от растения к растению при контакте между здоровыми и инфицированными листьями или корнями. Симптомы инфекции ХВК могут усиливаться (синергизм) при совместном заражении с другими вирусами (коинфекция), в частности потивирусами (семейство Potyviridae) и лютеовирусами (семейство Luteoviridae). Наиболее эффективными методами борьбы с ХВК являются включение генов устойчивости и внедрение программ сертификации семян, которые подразумевают проверку на вирусную инфекцию и удаление заражённых семян из посадочного материала.