Вироид

Вироиды - инфекционные агенты, представляющие собой ковалентно замкнутую циркулярную РНК.

Вироиды были открыты Теодором О. Динером в 1971 году. Он же предложил термин «вироид». Первым идентифицированным вироидом был вироид веретеновидности клубней картофеля (potato spindle tuber viroid, PSTVd). Вироиды являются патогенами растений. Описано 27 вироидов, поражающих картофель, цитрусовые, яблони, персики, кокосовую пальму, хмель и другие сельскохозяйственные культуры.

Вироидные РНК имеют размер 246-375 нуклеотидов. Они обладают отчетливо выраженной вторичной структурой. Не менее двух третей оснований в их составе может быть спарено за счет комплементарных взаимодействий. В результате образуются протяженные участки из двойной спирали, перемежающиеся небольшими петлями из неспаренных нуклеотидов или несколько протяженных шпилек. Вироиды очень устойчивы к воздействию физико-химических факторов. Сложная вторичная структура, обеспечивает им защиту молекулы от нуклеаз. Вироидная РНК не кодирует белков. Ее репликация осуществляется клеточным ферментом - ДНК-зависимой РНК-полимеразой II. Репликация вироидов осуществляется по принципу «катящегося кольца» (rolling circle).

Рис.1. Электронная микрофотография посповироида.

Классификация вироидов основана на анализе нуклеотидной последовательности. Если уровень гомологии выше 90%, то сравниваемые вироиды относят к одному виду.

Различают два семейства - Pospiviroidae и Avsunviroidae. Они названы по сокращению первых найденных представителей: Potato spindle tuber viroid (PSTVd) (вироид веретеновидности клубней картофеля) и Avocado sunblotch viroid (ASBVd) (вироид солнечной пятнистости авокадо). РНК вироидов сем. Pospiviroidae отличается наличием центральной консервативной части нуклеотидной последовательности и отсутствием в составе генома рибозимов типа hammerhead. При электроно-микроскопическом исследовании эти вироиды выглядят как палочки с соотношением длинной и короткой осей примерно 20:1 (рис.1 и 2). РНК вироидов сем. Avsunviroidae, напротив, не имеют центральной консервативной части, но имеют в составе генома рибозимы типа hammerhead. Вторичная структура их РНК характеризуется наличием нескольких протяженных шпилек (рис.2)

Рис. 2. Вторичная структура РНК поспивироидов (вверху) и авсунвироидов (внизу).

Вироиды сем Pospiviroidae реплицируются в ядре клетки-хозяина, а вироиды сем. Avsunviroidae – в хлоропластах. У вироидов сем. Avsunviroidae осуществляется так называемая «симметричная» репликация, когда обе - и исходная РНК (плюс-РНК), и комплементарная ей минус-РНК служат матрицами для синтеза комплементарных нитей, а вытесняющаяся из «катящегося кольца» олигомерная однонитчатая РНК нарезается на олигомеры и циклизуется за счет рибозимной активности. У вироидов сем. Pospiviroidae происходит «асимметричная» репликация, когда матрицей для «катящегося кольца» является только плюс-РНК, а на вытесняющейся при разматывании «рулона» олигомерной минус-РНК синтезируется плюс РНК, которая затем освобождается и нарезается на мономеры и циклизуется с помощью клеточных ферментов.

Рис. 3. Схема «симметричной» репликации у авсунвироидов.

Рис. 4. Схема «асимметричной» репликации у поспивироидов

Описан также ретровироид. Он представляет собой РНК размером 275 нуклеотидов и имеет типичную для вироидов структуру. Необычным является то, что для него обнаружена ДНК-копия в геноме растения. В отличие от вироидов, РНК ретровироида не инфекционна, передается только вертикально и ассоциирована с параретровирусом кольцевой гравировки гвоздики.

Происхождение вироидов неясно. По одной из гипотез – это остатки «древнего мира РНК», по другой – «одичавший» интрон.

От одного растения к другому вироиды распространяются в основном при вегетативном размножении. Преимущественно именно таким образом распространяются вироид веретеновидности клубней картофеля и вироиды хризантемы. Некоторые вироиды передаются чаще всего при механическом заражении (например, вироид экзокортиса цитрусовых и вироид карликовости хмеля). Другие вироиды (например, вироиды авокадо и томатов) могут распространяться вместе с пыльцой и семенами зараженных растений. Последствия заражения вироидом варьируют от бессимптомного носительства до летального исхода. Как правило, вироиды весьма патогенны для культурных растений, вызывая симптомы и биохимические изменения, в целом напоминающие те, которые возникают при вирусной инфекции (рис. 5, 6, 7). Среди причин патогенности вироидов обсуждаются негативное влияние на процесс сплайсинга, нарушение синтеза рибосомной РНК, изменение структуры хроматина и нарушение котрансляционного транспорта белков.

Рис. 5. Клубни картофеля: здоровые (слева) и пораженные вироидом веретеновидности клубней картофеля (справа).

Рис. 6. Цветы и листья хризантем, зараженных вироидомхлоротической пятнистости (крапчатости) хризантем (Chrysanthemum chlorotic mottle viroid).

Рис. 7. Томаты, зараженные вироидом задержки верхушечного роста томатов(Tomato apical stunt viroid )