Ugrás a tartalomhoz

Növényvírusok és virológiai vizsgálati módszerek

dr. Horváth József - dr. Gáborjányi Richard

Mezőgazda Kiadó

A vírusgenom szerveződésének alaptípusai

A vírusgenom szerveződésének alaptípusai

A vírusok teljes génállománya a genom. Mint ismert, ezek formái: egyszálú DNS (pl. geminivirusok); kettős szálú RNS (pl. reovirusok), kettős szálú DNS (pl. caulimovirusok); valamint a növénypatogén vírusok túlnyomó többsége egyszálú (+) RNS. A növény- és az állatpatogén vírusok határán – mintegy a rokonságot bizonyítandó – foglalnak helyet a rhabdovirusok és a tospovirusok, amelyek genomja negatív (antiszensz), illetve részben kettős (+ és –), azaz ambiszenz. A nukleinsavlánc lehet fonalas (lineáris) vagy kör alakú (cirkuláris). Bár a nukleinsavak térbeli szerkezete sem közömbös, a főbb tulajdonságokat a nukleotidsorrend (nukleinsav-szekvencia) határozza meg. Egy nukleotid eltérés – különösen, ha az a fehérjében aminosavcserét eredményez – már a biológiai tulajdonságok megváltozását (pl. tünettípus, átvitel, hőérzékenység stb.) okozhatja. A vírusok és vírustörzsek rokonságát a nukleinsav-homológia foka határozza meg.

A genom lehet egykomponensű, azaz osztatlan, de lehet osztott, azaz multikomponensű is. Ez utóbbi esetben az egyes komponensek csak együtt fertőzőképesek, hiszen a megosztottság a feladatok megosztását is eredményezi.

A nukleinsavak jellemző végei

A vírus-RNS 5’ és 3’ végei sajátos szerveződésűek. Egyes RNS-ek 5’ végén 7metil-guanozin (m7Gppp) sapka (cap) van (Tobamovirus, Potexvirus, Bromovirus nemzetségek), míg másokra (Comovirus, Nepovirus, Potyvirus, Sobemovirus) a genomhoz kötött kis molekulatömegű fehérje (VPg) a jellemző (Davies és Hull, 1982). A sapka jelenléte a fertőzés eredményességét, az RNS stabilitását és a transzlációt befolyásolja; szerepe a proteinszintézis megindításában van. A VPg-regulátor szerepe az RNS-szintézis megindításában nem minden vírus esetén bizonyított, de feltételezhető, hiszen ez az egyetlen fehérjemolekula, amely a replikáció teljes idején a nukleinsavhoz kötődik (Matthews, 1991).

Az RNS 3’ végén egyes nemzetségeknél (Tymovirus, Tobamovirus, Bromovirus, Potyvirus, Cucumovirus) tRNS-re emlékeztető szerveződésű és szerepű szakasz található, másoknál (Comovirus) ezt egy poliadenilsav-láncból [poly (A)] álló hosszú farok (tail) helyettesíti. A tRNS-szerű vég feltehetően a replikáz enzim felismerési helye, ahol a negatív szálak szintézise elkezdődhet. Szerepe egy olyan aminosav megkötésében van, ami elősegíti a replikációban szereplő enzimek felismerését és a transzlációt. A poly (A) farok a replikációnál nélkülözhetetlen, az RNS-t stabillá teszi. A láncvégi szerveződés nem követi a virion morfológiáját, de jellemzője lehet a vírusok új, nukleinsav-szerveződésen alapuló rendszerének. Az osztott genomú (multikomponens) vírusok nukleinsavvégei típus szerint megegyeznek.

Az RNS kezdeti szakaszain hosszabb, fehérjéket nem kódoló, de a működés szempontjából fontos szakaszok is lehetnek. Az 5’ vég fehérjét nem kódoló szakaszai például a riboszómákhoz történő kötődést biztosíthatják. Az egyes gének között néha csak egy-két, máskor több száz nem kódoló nukleotid van. A növénypatogén vírusok (a geminivirusok kivételével) intronokat nem tartalmaznak.

Nyitott leolvasási szakaszok, fehérjetermékek

A vírusgenom, hosszúságától függően, 1–12 gént tartalmazhat. Egy gént tartalmaz például a szatellit dohány nekrózis vírus (tobacco necrosis satellivirus) virionja, míg a potyvirusokban a gének száma 10, a reovirusokban 12. Minden nyílt leolvasási szakasz (open reading frame, ORF) elején egy kezdő szignál, a végén pedig egy stop kondon (termination signal) foglal helyet. Ez a szakasz egy peptid vagy polipeptid leolvasására ad lehetőséget, amelynek nagysága a leolvasási szakasz hosszától függ. Ha a stop kodon gyenge, akkor ezt a riboszómák átolvashatják, és egy, a korábbinál hosszabb polipeptid szál is keletkezik (read-through protein). Ritkán átfedő (overlapping) gének is vannak egy nukleinsavszakaszon, ami azt eredményezi, hogy azon a szakaszon akár két fehérjetermék is képződhet. Gének lehetnek a negatív szálon is (pl. tospovirusok), de ez esetben ezek megnyilvánulása egy mRNS szintézisétől függ.

A fehérjetermékek feladatuknak megfelelően az alábbiak szerint csoportosíthatók: 1. strukturális fehérjék (pl. köpenyfehérje); 2. replikációban szereplő enzimek (proteázok, polimerázok, helikázok); 3. transzport-fehérjék, amelyek a vírus növényen belüli elterjedését, a fertőzés szisztemizálódását biztosítják; vagy 4. ún. segítő (helper) fehérjék, amelyek a vektortevékenységet fajlagosan segítik.

A vírusnukleinsav-replikáció általános menete

A fertőzés után a pozitív (+) szálú RNS-vírusok (67. ábra) replikációjuk első lépésében fehérjeburkukat veszítik el, deproteinizálódnak. A folyamat az 5’ végen kezdődik el, és lehetővé teszi a nukleinsav (80S) riboszómákhoz történő kapcsolódását és az első géntermék, legtöbbször egy polimeráz enzim szintézisét. Ennek az RNS-től függő RNS polimeráz enzimnek (replikáz) segítségével a pozitív szálról egy negatív szálú (–) minta- (templát) RNS íródik át. A negatív szál bázissorrendjében a kiegészítő nukleotidokat tartalmazza, tehát tükörképe a pozitív szálnak. A két szál együtt egy kettős szálú RNS-nek felel meg, amit replikatív formának (RF) nevezünk. Ennek az átmeneti formának a jelenlétét több gazda–vírus kapcsolat [pl. árpa csíkos mozaik vírus (barley stripe mosaic hordeivirus)] esetében sikerült bizonyítani. A továbbiakban a negatív szálról indul meg több ponton is a pozitív szálak szintézise. Ezt a csak részben kétszálú, de már több (+) egyszálú RNS-t tartalmazó formát replikatív intermediernek (RI) nevezzük. A replikáció helye víruscsoportonként eltérő is lehet, történhet a sejtmagban, a citoplazmában a kloroplasztiszok határán vagy a citoplazma elkülönült helyein (viroplazma).

67. ábra - A dohány mozaik vírus (tobacco mosaic tobamovirus) replikáció szakaszai a növényi sejtben. A: fertőzés, B: az RNS kiszabadulása, C: kötődés a riboszómákhoz, D: vírusreplikáz (vagy egy része), E: a replikatív forma keletkezése, F: replikatív intermedierek keletkezése, G: replikatív komplex, H: összeépülés, I: kész virionok, RF: replikatív forma, RI: replikatív intermedier, sRNS: kis (szubgenomi) RNS [Érsek és Gáborjányi, 1998 után]

A dohány mozaik vírus (tobacco mosaic tobamovirus) replikáció szakaszai a növényi sejtben. A: fertőzés, B: az RNS kiszabadulása, C: kötődés a riboszómákhoz, D: vírusreplikáz (vagy egy része), E: a replikatív forma keletkezése, F: replikatív intermedierek keletkezése, G: replikatív komplex, H: összeépülés, I: kész virionok, RF: replikatív forma, RI: replikatív intermedier, sRNS: kis (szubgenomi) RNS [Érsek és Gáborjányi, 1998 után]


A templát RNS a 3’-végtől íródik át. A VPg és köpenyfehérje (5’-végen vannak) a fehérjeszintézis elkezdésében játszik szerepet. Az egyes genomnál kisebb, azaz szubgenomi RNS-ek szintézisét szintén a replikáz enzim komplex szabályozza. Néha [pl. tarlórépa sárga mozaik vírus (turnip yellow mosaic tymovirus)] az RNS szintézisében (pontosabban az RNS-től függő RNS polimeráz komplex képzésében) a gazdanövény fehérjéi (host coded proteins) is részt vesznek. A vírusfertőzés eredményessége (a gazdanövénykör kialakulása) attól is függ, hogy mennyire képes a kórokozó a gazdanövény fehérjéit saját nukleinsav-szintéziséhez felhasználni.

Az egyszálú, de negatív értelmű RNS-ek replikációja (tospovirusok) pozitív templát RNS segítségével valósul meg. A kettős szálú DNS-vírusok (caulimovirusok) replikációja szintén mRNS szintézisét igényli, erről a mRNS-ről fordított transzkripcióval képződik a pozitív szálak szintézise. E speciális eseteket a következő fejezetben tárgyaljuk.

A génkifejeződés általános módjai

A vírus-nukleinsav második funkciója hírvivő (messenger) RNS jellegű, feladata a génkifejeződés biztosítása. A transzlációkor a genomnak csak az 5’ végi, első nyílt leolvasási szakasza fejeződik ki polipeptid formájában, a többi „néma” marad. A vírusoknak a teljes génkifejeződéshez többféle stratégiát, egyszerre esetleg több módszert kell választani ahhoz, hogy minden génje expresszálódjék. Erre több lehetőség is van. Az első esetben a) a genom osztatlan (bennük belső stop szignál nincs), egyetlen poliprotein képződik, ami később, a transzláció után hasad funkcióképes alegységekre; b) a genom osztottságából adódik, a multikomponens-vírusok minden virionja (általában) csak egy-egy RNS-darabot foglal magában, ezek az RNS-ek csak egy (vagy két) gént hordoznak; c) a genomban több gén is van, a belső szakaszok leolvasását egy vagy több, a genomnál kisebb, azaz szubgenomi RNS szintézise előzi meg. Ezek a szubgenomi RNS-ek már csak egy (vagy két) rövidebb gént tartalmaznak. Egy vírus génkifejeződéséhez egyszerre több szubgenomi RNS-t is felhasználhat; d) ha a 3’ vég zárószekvenciái gyengék, lehetővé válik a stop kodon átolvasása és egy hosszabb szál szintézise is. Az így képződött átolvasott fehérje (read-trough protein) hosszabb szekvenciái tehát részben azonosak a rövid száléval. Hasonló a mechanizmusa a különböző leolvasási fázisokban keletkezett (transframe) fehérjéknek is. Ez esetben e) egy fehérje szintézise még nem ér véget, de a másik fehérje szintézise már megkezdődhet.