Y-вирус картофеля
Y-ви́рус карто́феля (Potato virus Y, PVY), вид вирусов; типовой представитель рода Potyvirus семейства Potyviridae, крупнейшего по числу видов семейства вирусов растений, которое относится к суперсемейству пикорнаподобных вирусов. Y-вирус картофеля (YВК) инфицирует растения семейства паслёновые, в том числе такие культуры как перец, картофель, табак и томаты. YВК распространён повсеместно и является одним из главных экономически значимых патогенов картофеля, снижая его урожайность более чем на 70 %.
Структура вируса и строение генома
Вирионы YВК представляют собой простые нитевидные частицы длиной около 680–900 нм и диаметром около 11–13 нм (в зависимости от штамма). Образованы одной молекулой геномной РНК положительной полярности около 9700–11 000 нт, вокруг которой расположены спирально уложенные субъединицы белка оболочки (БО).
На 5’-конце РНК несёт ковалентно связанный белок VPg (viral protein genome-linked, вирусный РНК-связывающий белок) и поли(А)-хвост на 3’-конце. РНК содержит большую открытую рамку считывания (ОРС), которая кодирует один полипротеин, а также малую ОРС PISPO (pretty interesting sweet potato potyvirus), расположенную внутри большой ОРС. На 5’- и 3’-концах РНК находятся нетранслируемые области (НТО).
Полипротеин длиной 3061 аминокислотных остатка процессируется тремя вирусными протеазами NIa, HC-Pro и P1 на 10 мультифункциональных белков: P1, HC-Pro, P3, 6K1, CI, 6К2, VPg, NIa-Pro, NIb и БО. За счёт транскрипционного сдвига рамки считывания также синтезируется 11-й белок P3N-PIPO, который выполняет транспортную функцию.
Основные свойства мультифункциональных белков YВК следующие:
P1 – наиболее вариабельный белок; на С-конце содержит домен протеазы, которая вырезает Р1 из интермедиата Р1-НС-Pro. Р1 взаимодействует как с одно-, так и с двуцепочечными молекулами РНК и вовлечён в репликацию YВК.
HC-Pro (helper component protein, вспомогательный белок) участвует в распространении вирусных частиц от растения к растению через тлю. Два консервативных домена HC-Pro – N-концевой KITC и С-концевой PTK – необходимы для взаимодействия с поверхностью хоботка тли. Возможно, HC-Pro играет роль связующего компонента между БО YВК и рецепторами хоботка. Кроме того, белок HC-Pro является супрессором РНК-сайленсинга, участвует в транспорте по растению, а также является вспомогательной протеазой.
P3 вместе с 6K2 являются мембранными белками. Р3 задействован в репликации, системной инфекции и транспорте по растению.
P3N-PIPO локализуется в плазмодесмах и вместе с СI обеспечивает транспорт дочерних вирусных частиц в соседние клетки.
VPg участвует в инициации трансляции и репликации, взаимодействует с клеточным фактором инициации трансляции eIF4E.
6K1 – точная функция не известна, но наличие гидрофобного домена указывает на роль в образовании вирусных фабрик.
СI формирует слоистые цитоплазматические тельца включения; вместе с P3N-PIPO обеспечивает транспорт вируса между клетками; помимо этого, участвует в репликации.
6K2 – образует репликативные фабрики и отвечает за их заякоривание на мембранах эндоплазматического ретикулума.
NIa-Pro – главная протеаза, вырезает все белки полипротеина за исключением P1 и HC-Pro.
NIb – репликативный белок, содержит домен РНК-зависимой РНК-полимеразы.
БО необходим для сборки вирионов, системного транспорта и распространения через насекомое-вектор.
Жизненный цикл вируса
Жизненный цикл YВК типичен для (+)-РНК содержащих вирусов растений:
Проникновение в клетку, высвобождение РНК, трансляция полипротеина, его процессинг и образование репликативного комплекса.
6K2 инициирует образование из мембран эндоплазматического ретикулума (ЭПР) вирусных фабрик.
Синтез минус-цепей РНК (минус- и плюс-цепи образуют РНК-дуплекс).
РНК-дуплексы служат матрицей для репликации, образуются дочерние плюс-цепи РНК.
Трансляция БО и сборка вирусных частиц.
Межклеточный транспорт дочерних вирусных частиц через плазмодесмы с помощью воронкообразных комплексов из белков P3N-PIPO и CI.
Трансляция и процессинг полипротеина
Вирусы рода Potyvirus используют кэп-независимый механизм инициации трансляции с помощью внутреннего сайта посадки рибосом IRES (internal ribosome entry site), который расположен в 5’-НТО.
Синтез белка P3N-PIPO происходит за счёт транскрипционного фреймшифта в ходе синтеза минус-цепи РНК. С определённой вероятностью в ходе транскрипции участка ГAA AAA A осуществляется нематричная вставка одного дополнительного остатка уридина. В результате небольшая фракция полноразмерных плюс-цепей YВК будет содержать укороченную OРС1, кодирующую слитный белок, состоящий из N-концевой части P3 и С-концевого PISPO.
Разрезание полипротеина происходит котрансляционно, но не все участки процессируются с одинаковой скоростью, поэтому образуются промежуточные продукты – интермедиаты протеолиза. За счёт активности HC-Pro образуется N-концевой интермедиат Р1-HC-Pro, из которого далее вырезается Р1. Остальные сайты процессируются NIa-Pro – при этом образуются интермедиаты P3-6K1, CI-6K2 и 6K2-NIa, которые затем разрезаются на индивидуальные белки.
NIa-Pro действует как в цис- (протеолизирует ту молекулу, в составе которой находится), так и в транс-положении (протеолизирует другую молекулу-мишень), тогда как P1 и HC-Pro действуют только в цис-положении, вырезаясь из полипротеина по мере его трансляции.
Пути и симптомы заражения
Как и другие представители рода, YВК распространяется с помощью тли. Вирусные частицы попадают в организм насекомого вместе с растительным соком и закрепляются на поверхности хоботка тли за счёт двух вирусных белков – БО и HC-Pro. Мутации в этих белках напрямую влияют на возможность передачи YВК. Помимо распространения через насекомое-вектор YВК может передаваться при вегетативном размножении растений, например, при выращивании картофеля из заражённых клубней. По-видимому, именно такой путь передачи обеспечил широкое географическое распространение YВК за счёт неконтролируемого ввоза инфицированных клубней картофеля в новые регионы.
Симптомы заражения YВК разнообразны и зависят от штамма вируса, сорта растения-хозяина, условий окружающей среды и от пути заражения. Симптомы на надземной части растения могут быть следующие: мозаика листьев, крапчатость, морщинистость, некроз жилок, некротические пятна, некроз стебля и черешка, опадение листьев. В случае передачи вируса через клубни возможна задержка роста растений. Некоторые штаммы YВК также вызывают некротическую кольцевидную пятнистость клубней картофеля.
YВК впервые описан в 1931 г. Штаммы YВК были классифицированы на основании способности к индукции гиперчувствительного ответа (hypersensitive resistance, HR) на стандартном наборе сортов картофеля. HR проявляется в случае наличия у картофеля генов резистентности Nc, Ny или Nz. YВКO вызывает HR у растений, несущих ген Ny; YВКC вызывает HR у растений, несущих ген Nc; YВКZ вызывает HR в присутствии гена Nz, но не в присутствии Ny или Nc; YВКN вызывает некроз жилок и HR в присутствии всех трёх генов устойчивости.