Viroidai – mažiausi RNR augalų patogenai: apibrėžimas ir savybės

Viroidai: sužinokite, kas tai per RNR augalų patogenai, jų savybės, simptomai, genomai ir poveikis derliui.

Viroidai yra mažiausi žinomi infekcijų sukėlėjai. Juos sudaro tik trumpos žiedinės viengrandinės RNR grandinės be baltyminio apvalkalo. Jie dažniausiai yra augalų patogenai (augalų ligų sukėlėjai), kai kurie iš jų gali sukelti derliaus nuostolius. Viroidų genomai yra labai maži. Jie maždaug 80 kartų mažesni už mažiausią virusą. Žmogaus patogenas (sukelia žmonių ligas) hepatito D virusas yra defektinis RNR virusas, panašus į viroidus.

Viroidai buvo pirmieji "subvirusiniai patogenai", kuriuos atrado ir pavadino Theodoras Otto Dieneris. 1971 m. jis dirbo augalų patologu JAV Žemės ūkio departamento tyrimų centre Beltsvilyje, Merilando valstijoje. Pirmasis identifikuotas viroidas buvo bulvių gumbų verpstės viroidas (PSTVd). Buvo identifikuotos apie 33 rūšys.

Struktūra ir genomų ypatybės

Viroidų genomai yra žiedinės, viengrandės RNR molekulės, paprastai sudarytos iš maždaug 246–401 nukleotidų (priklausomai nuo rūšies). Dėl intensyvaus intra-grandinių poravimų daugumos viroidų RNR formuoja „lazdelišką“ (rod-like) antrinės struktūros konfigūraciją. Kai kurios viroidų grupės turi konservuotas sekas, pvz., centrinę konservuotą sritį (CCR) arba kitus struktūrinius elementus, svarbius replikacijai ir patogeniškumui.

Klasifikacija ir replikacija

Viroidai klasifikuojami į dvi pagrindines šeimas:

• Pospiviroidae – dauguma šios grupės viroidų replikacija vyksta ląstelės branduolyje, jiems būdinga CCR ir polimerazės bei apdorojimo mechanizmai, kuriuos suteikia šeimininko augalo fermentai.
• Avsunviroidae – replikacija dažniausiai vyksta chloroplastuose, o kai kurios šios šeimos atstovės turi savarankiškai išsikertančias hammerhead tipo ribozimų vietas, leidžiančias RNR grandinei patsaskaidyti ir sujungti galus.

Viroidai replikaciją vykdo „rolling-circle“ (ritininio rato) mechanizmu, naudojant šeimininko fermentus. Įdomu, kad augalo DNR priklausoma RNR polimerazė II gali naudoti RNR matricą viroidų transkripcijai.

Patogenezė ir simptomai

Viroidai nesintezuoja baltymų; jų patogeniškumas dažnai kyla iš to, kaip viroidinė RNR trikdo šeimininko genų reguliaciją. Vienas svarbus mechanizmas – RNA interferencija: viroidų fragmentai gali būti apdorojami į mažas interferuojančias RNR (si/miRNR), kurios keičią augalo genų raišką ir sukelia ligos simptomus.

Simptomai augaluose gali būti labai įvairūs, priklausomai nuo rūšies ir šeimininko: stuntingas (sulaikytas augimas), mozaika, chlorozė, deformacijos, vaisių ir lapų pakitimai, derliaus sumažėjimas ir pan.

Perdavimo keliai ir epidemiologija

• Mechaninis perdavimas per pažeidimus (rankinis darbas, įrankiai).
• Vegetatyvinis dauginimas (gumbai, šakniastiebiai, pasodinamosios medžiagos) – tai vienas svarbiausių perdavimo būdų, pvz., bulvėse.
• Sėklos ir žiedadulkės gali perduoti kai kurias viroidų rūšis (priklausomai nuo viroido).
• Vektoriai: kai kurie vabzdžiai gali mechaniniu būdu pernešti viroidus, tačiau daugumoje atvejų vabzdžių vaidmuo yra mažesnis nei mechaninis perdavimas.

Diagnostika

Viroidų nustatymui naudojami keli metodai:

• RT-PCR – jautri ir greita molekulinė diagnostika.
• Northern blot hibridizacija ir specifiniai nukleorūgščių žymenys.
• VISO SEKVENCAVIMAS (next-generation sequencing) – leidžia identifikuoti naujus arba mišinius viroidus.
• Serologiniai metodai paprastai neveikia (viroidai neturi baltymų kapsidžių), todėl diagnozė remiasi nukleorūgščių aptikimu.

Prevencija ir kontrolė

• Naudoti sertifikuotas, viroidų neturinčias pasėlių medžiagas ir sėklas.
• Sanitacija – įrankių dezinfekavimas, darbo tvarka, kad būtų sumažintas mechaninis perdavimas.
• Karantinavimas ir sunaikinimas užkrėstų augalų bei užkrato židinių kontrolė.
• Biotechnologinės priemonės: meristemo gydymas, šilumos terapija, terapinės kultūros arba selekcija, siekiant gauti sveikas pasodinamąsias medžiagas.
• Auginimo praktikos ir atsparių veislių kūrimas – ilgalaikė priemonė mažinti nuostolius.

Ekonominė reikšmė ir pavyzdžiai

Viroidai gali sukelti didelius ekonominius nuostolius, ypač kultūrose, kuriose daugiausia naudojamas vegetatyvinis dauginimas (pvz., bulvės, rožės). PSTVd (bulvių gumbų verpstės viroidas) yra istorinis pavyzdys, sukėlęs reikšmingus derliaus nuostolius. Dėl viroidų paplitimo kai kuriuose regionuose taikomi griežti fitosanitariniai reikalavimai ir kontrolės priemonės.

Viroidai ir žmonių sveikata

Minėtas hepatito D virusas (HDV) yra RNR virusas, turintis tam tikrų panašumų su viroidais (maža cirkulinė RNR), tačiau tarp jų yra ir esminių skirtumų: HDV užkoduoją baltymą (delta antigeną) ir yra „defektinis“ virusas, priklausantis nuo hepatito B viruso apvalkalo; todėl HDV nėra klasifikuojamas kaip tipinis viroidas. Viroidai iki šiol žinomi tik kaip augalų patogenai ir nėra žinoma, kad jie tiesiogiai keltų žmonių ligas.

Išvados

Viroidai yra unikalūs biologiniai objektai: labai maži, be baltymų kapsidžių, stipriai priklausomi nuo šeimininko fermentų ir keliantys specifines augalų ligas. Dėl savo paprastos struktūros ir sudėtingo sąveikos su šeimininku tyrimai apie viroidų replikaciją ir patogenezę suteikia svarbios informacijos ne tik fitopatologijai, bet ir RNR biologijos bei genų reguliacijos mechanizmams išaiškinti.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra viroidai?

K: Kokias ligas sukelia viroidai?

K: Kokio dydžio yra viroidų genomai?

K: Koks žmogaus patogenas yra panašus į viroidus?

K: Kas atrado ir pavadino viroidus?

K: Koks buvo pirmasis identifikuotas viroidas?

K: Kiek viroidų rūšių buvo identifikuota?

Paieška pagal raidę