Ugrás a tartalomhoz

Növényvírusok és virológiai vizsgálati módszerek

dr. Horváth József - dr. Gáborjányi Richard

Mezőgazda Kiadó

10. fejezet - A vírusfertőzött növényi sejtek finomszerkezete

10. fejezet - A vírusfertőzött növényi sejtek finomszerkezete

Ha a fertőzés során a gazdanövény és a vírus között kölcsönhatás alakul ki, akkor a vírus bejut a növény sejtjeibe, és ott közvetlen vagy közvetett úton kóros elváltozásokat okoz. A vírusok – mint közismert – önálló szaporodásra képtelenek, a gazdaszervezet anyagait, illetve replikációs-transzlációs egységét parazitálják, s ezzel fölborítják a növény anyagcsere-folyamatainak egyensúlyát. A sejt működésében bekövetkező eltérések gyakran együttjárnak a szerkezet változásával, amit elektronmikroszkópos metszeteken tanulmányozhatunk. Ez azért is fontos, mert a fertőzés folyamatának megértéséhez tudnunk kell, hogy a vírusreplikáció a növény mely sejtalkotóiban történik (de Zoeten, 1976). A növényi szövetek, sejtek vizsgálata módot nyújt arra, hogy a vírus sejtbe jutásától a virionok összeépüléséig végbemenő változásokat lépésről lépésre nyomon kövessük. Másrészt e készítményeken vizsgálhatjuk a virionokat vagy a vírus eredetű képleteket, illetve ezek sejten belüli elhelyezkedését.

Sejtek és sejtalkotók

Vírusfertőzött növényeknél gyakori jelenség a sejtfal megvastagodása. Ennek oka a sejt fenil-propanoid anyagcsere-folyamatainak kóros megváltozása. A növény a mérgező vegyületek felhalmozódását úgy akadályozza meg, hogy a sejtfalban megkötött enzimjei segítségével átalakítja azokat ligninné vagy egyéb polimerekké, és ilyen formában a sejt anyagforgalmából kivonja azokat. Ezek az anyagok a sejtfalra rakódnak, ezáltal sejtfalvastagodást idéznek elő (Mc Mullen et al., 1977). A plazmodezmák szerkezete is módosulhat a fertőzés következtében. Például a plazmodezma-átmérő jelentős növekedése szerepet játszhat a virionok sejtről sejtre történő terjedésében (Davison, 1969). Dália mozaik vírussal (dahlia mosaic caulimovirus) fertőzött dálialevélben a virionokat tartalmazó plazmodezmák átmérője közel kétszerese volt az egészséges növény plazmodezmáinak (Kitajima és Lauritis, 1969). A mitokondriumok megnagyobbodását és a sejt egyes területein történő tömörülését, a kriszták fellazulását is észlelték (Matthews, 1980, 1981).

Számos gazda–vírus kapcsolatban kialakuló mikroszkopikus tünet a kloroplasztiszok rendellenessége: külső alakjuk eltérése, belső membránrendszerük felbomlása vagy a tilakoidok és gránumok számbeli változása (Mc Mullen et al., 1978). Ezek az eltérések attól függetlenül kiakulhatnak, hogy a vírus szaporodása a kloroplasztiszban megy végbe vagy sem. Nem zárult le a vita arról, hogy a dohány mozaik vírus (tobacco mosaic tobamovirus) fertőzéskor tapasztalt fotoszintetikus aktivitáscsökkenés közvetlen vagy közvetett gátlás következménye-e. Esau (1968) elektronmikroszkópos felvételein dohány mozaik vírussal fertőzött Nicotiana tabacum növények kloroplasztiszaiban vírusfelhalmozódás látható (54. ábra). Reinero és Beachy (1986, 1989) vírus-köpenyfehérjét mutattak ki a tilakoidokhoz kapcsolódva, és feltételezték, hogy ez a PSII (photosystem II) fehérjéihez kötődve közvetlenül gátolja azok működését. Így valószínűnek tűnt, hogy a vírusreplikáció vagy a virionok összeépülése itt történik. Ezzel szemben olyan mutáns vírusok, amelyek köpenyfehérjéje nem képes bejutni a kloroplasztiszba, ugyanolyan tüneteket okoztak, mint a vad típusú vírus (Lindbeck et al., 1991).

54. ábra - Vírusfelhalmozódás a kloroplasztiszban. Két vírushalmaz dohány mozaik vírussal (tobacco mosaic tobamovirus) fertőzött dohány (Nicotiana tabacum) mezofillum sejtjének kloroplasztiszában. Az alsó szétnyomja a gránumokat, a felső halmaz kidomborítja a kloroplasztiszt határoló kettős membránt. GR = gránum, V = vírushalmaz, VA = központi sejtüreg, W = sejtfal. 30 000-szeres nagyítás [Esau, 1968 után]

Vírusfelhalmozódás a kloroplasztiszban. Két vírushalmaz dohány mozaik vírussal (tobacco mosaic tobamovirus) fertőzött dohány (Nicotiana tabacum) mezofillum sejtjének kloroplasztiszában. Az alsó szétnyomja a gránumokat, a felső halmaz kidomborítja a kloroplasztiszt határoló kettős membránt. GR = gránum, V = vírushalmaz, VA = központi sejtüreg, W = sejtfal. 30 000-szeres nagyítás [Esau, 1968 után]


Nem ilyen ellentmondásos a helyzet a tarlórépa sárga mozaik vírus (turnip yellow mosaic tymovirus) fertőzése esetében. A kloroplasztiszok szélén apró hólyagok lefűződését írták le. A hólyagocskák a két kloroplasztisz-borítómembrán betűrődésével keletkeznek, nyaki részük nyitott a citoplazma felé, tehát a tartalmuk kapcsolatban marad a citoplazmával. Részletes vizsgálatok alapján (Matthews, 1981) megállapították, hogy a sejtben lejátszódó események a következő sorrendben követik egymást: először megjelennek az említett apró hólyagocskák a kloroplasztisz borítómembránjainak belső felületén. Ezután a kloroplasztisz duzzadni kezd, keresztmetszetben kör alakot mutat. Egyre több hólyagocska fejlődik, ezek csoportokba tömörülnek, közelükben endoplazmatikus retikulummembránok képződnek a kloroplasztisz felőli oldalon, sima felszínnel; a citoplazma felé eső oldalukhoz riboszómák kapcsolódnak. Ezek a membránok egymással is összeköttetésben vannak, így egy hálózatot hoznak létre a kloroplasztisz körül. A következő szakaszban az endoplazmatikus retikulum hártyái eltűnnek; ezek a területek elektromikroszkópban elektronáteresztővé válnak. A kloroplasztiszok összecsapódnak, majd a közöttük lévő elektronáteresztő zónában virionok halmozódnak föl (55. ábra). Végül a levelek öregedésével (szeneszcencia) a citoplazma és a kloroplasztiszok vakuolizálódnak, szétesnek. Megállapították, hogy a vezikulumok a vírus-RNS szintézisével hozhatók összefüggésbe, vagyis a vírusreplikáció helye ebben a nemzetségben (Tymovirus) a kloroplasztisz. Árpa csíkos mozaik vírus (barley stripe mosaic hordeivirus) szisztemikus fertőzés esetében Lin és Langenberg (1985) igazolták a plasztiszok vírus-RNS-tartalmát. Egy olyan vírus–gazda kapcsolatban, mint a paradicsom bonzfoltosság vírus (tomato spotted wilt tospovirus) és Nicotiana benthamiana – amelyben a vírus nem a kloroplasztiszban replikálódik –, a fertőzési folyamat végére a plasztiszok szerkezete teljesen fölbomlik (Almási et al., 1996). Ezek az organellumok a fertőzés kezdeti szakaszában csak enyhe változást mutatnak, később duzzadttá válnak, tilakoid membránjaik fellazulnak, eltávolodnak egymástól, nagy keményítőszemcsék és lipidcseppek (ozmiofil globulusok) halmozódnak föl, végül szétesnek (56. ábra). Mohamed (1973) hólyagok (vezikulumok) keletkezését is megfigyelte, amelyeknek azonban nem a vírusreplikációban, hanem a kloroplasztisz fölbomlásában van szerepük (Matthews, 1980). Ezekkel a tünetekkel párhuzamosan a klorofillkoncentráció is csökken, sok más vírusfertőzéshez hasonlóan (Mohamed, 1973; Brakke et al., 1988).

55. ábra - A: tarlórépa sárga mozaik vírussal (turnip yellow mosaic tymovirus) fertőzött kínai kel (Brassica pekinensis) levél mezofillumsejtjének kloroplasztiszai. Jellegzetes széli vezikulumok (V) a kloroplasztiszban, és virionok felhalmozódása a két kloroplasztisz közötti citoplazmában. B: széli vezikulumok kinagyított képe. Nyilak jelzik a kettős membránnal borított hólyagocskák nyaki részét, amely a citoplazmába nyílik. Az alsó vonalak mérete = 100 nm [Francki et al., 1985 után]

A: tarlórépa sárga mozaik vírussal (turnip yellow mosaic tymovirus) fertőzött kínai kel (Brassica pekinensis) levél mezofillumsejtjének kloroplasztiszai. Jellegzetes széli vezikulumok (V) a kloroplasztiszban, és virionok felhalmozódása a két kloroplasztisz közötti citoplazmában. B: széli vezikulumok kinagyított képe. Nyilak jelzik a kettős membránnal borított hólyagocskák nyaki részét, amely a citoplazmába nyílik. Az alsó vonalak mérete = 100 nm [Francki et al., 1985 után]


56. ábra - A kloroplasztiszok kóros eltérései paradicsom bronzfoltosság vírussal (tomato spotted wilt tospovirus) fertőzött Nicotiana benthamiana növények levelének mezofillumsejtjeiben A: a megnagyobbodott keményítőszemcsék (nyíllal jelölve) szétnyomják a tilakoidmembránokat; B: a kloroplasztiszok alakja megváltozott, a belső membránrendszer fellazult. A tilakoidok (T), a plasztoglobulusok (P) és a kloroplasztiszban található vezikulumok nyíllal jelölve; C: az erősen duzzadt kloroplasztiszban plasztoglobulusok halmozódtak fel (nyíl jelzi); D: a fertőzés utolsó szakaszában a külső burokkal rendelkező virionok az egész citoplazmában megtalálhatók, de sohasem fordulnak elő a kloroplasztiszokon belül. A nyíllal jelzett virionok hármas-négyes csoportokban, vagy többesével láthatók egy közös membránban

A kloroplasztiszok kóros eltérései paradicsom bronzfoltosság vírussal (tomato spotted wilt tospovirus) fertőzött Nicotiana benthamiana növények levelének mezofillumsejtjeiben A: a megnagyobbodott keményítőszemcsék (nyíllal jelölve) szétnyomják a tilakoidmembránokat; B: a kloroplasztiszok alakja megváltozott, a belső membránrendszer fellazult. A tilakoidok (T), a plasztoglobulusok (P) és a kloroplasztiszban található vezikulumok nyíllal jelölve; C: az erősen duzzadt kloroplasztiszban plasztoglobulusok halmozódtak fel (nyíl jelzi); D: a fertőzés utolsó szakaszában a külső burokkal rendelkező virionok az egész citoplazmában megtalálhatók, de sohasem fordulnak elő a kloroplasztiszokon belül. A nyíllal jelzett virionok hármas-négyes csoportokban, vagy többesével láthatók egy közös membránban


Az endoplazmatikus retikulum, a Golgi-készülék és egyéb membránok vesznek részt a paradicsom bronzfoltosság vírus (tomato spotted wilt tospovirus) virionjainak „érési” folyamatában. Ez a vírus, akár a Bunyaviridae család többi tagja, azért különleges a növényvírusok között, mert a vírusgenomot a köpenyfehérjén kívül még egy glükoprotein burok borítja. A virionok összeépülése bonyolult (Dubois-Dalcq et al., 1984); a külső burkot a különböző sejtalkotókon történő áthaladás során nyerik (Ie, 1971; Kitajima et al., 1992).