Kas ir viroīdi? Definīcija, genoms, īpašības un ietekme uz augiem

Uzziniet, kas ir viroīdi: definīcija, molekulārais genoms, īpašības un kā tie ietekmē augus un ražas — simptomi, zaudējumu cēloņi un kontroles iespējas.

Viroīdi ir mazākie zināmie infekcijas patogēni. Tie sastāv tikai no īsām apļveida vienšķautņainas RNS virknēm bez olbaltumvielu apvalka. Tie lielākoties ir augu patogēni (augu slimību ierosinātāji), no kuriem daži var izraisīt ražas zudumus. Viroīdu genomi ir ārkārtīgi mazi — parasti dažu simtu nukleotīdu garumā (aptuveni 250–400 nukleotīdu), un tie ir daudz mazāki par vīrusiem. Cilvēka patogēns (izraisa slimības cilvēkiem) D hepatīta vīruss ir bojāts RNS vīruss, kas ir līdzīgs viroīdiem.

Viroīdi bija pirmie "subvīrusu patogēni", kurus atklāja un nosauca Teodors Otto Dīners. Viņš bija augu patologs ASV Lauksaimniecības departamenta Pētniecības centrā Beltsvilā, Merilendas štatā. 1971. gadā viņš strādāja par augu patologu. Pirmais identificētais viroīds bija kartupeļu vārpstveida bumbuļu viroīds (PSTVd). Ir identificētas aptuveni 33 sugas.

Definīcija un struktūra

Viroīds ir apļveida, vienšķautņaina RNS molekula bez proteīniem un kapsīda. Tā struktūra bieži vien veido stingri sasaistītu sekundāro struktūru (piem., hepatīta formas vai šķērsgriezuma struktūras), kas pasargā RNS no sašķelšanas un ļauj mijiedarboties ar saimniekorganisma šūnu mašīnām. Tā kā viroīdi nekodē ne olbaltumvielas, tie pilnībā paļaujas uz auga šūnu enzīmiem savu replikāciju un izplatību nodrošināšanai.

Genoms un replikācijas mehānisms

Viroīdu genoms ir ļoti īss (parasti ~250–400 nukleotīdu) apļveida RNS. Ir divas galvenās viroīdu ģimenes:

• Pospiviroidae — šīs viroīdu sugas replikējas kodola (nukleusa) vidē un izmanto saimniekorganisma RNA polimerāzi II. Tām raksturīga konservēta centra reģions un replikācija, kas notiek caur asimetrisku vai simetrisku ritināšanas apli (rolling‑circle) mehānismu.
• Avsunviroidae — replikācija notiek hloroplastos; šiem viroīdiem bieži ir katalītiskas ribozīmu zonas (piem., hammerhead ribozīmi), kas ļauj paššķelšanos un ziedošanas reakcijas, nepieciešamas apļveida molekulas veidošanai.

Īpašības un bioloģiskā uzvedība

Galvenās viroīdu īpašības:

• Nav kapsīda vai strukturālu proteīnu — neatkarīgas RNS vienības.
• Ļoti mazs genoma izmērs — nodrošina ātru replikāciju un vieglu mutēšanos.
• Replikācija izmantojot saimniekšūnu fermentus — viroīdi izmanto auga DNS‑atkarīgos vai citus polimerāzes veidus.
• Ietekme uz saimniekorganisma gēnu ekspresiju — viroīdi var ietekmēt augos notiekošo RNA slēpumu (RNA silencing), metilēšanu un citas signāllīnijas, kas rada slimību simptomus.

Simptomi un ietekme uz augiem

Viroīdu infekcija augos var izraisīt plašu simptomu spektru, atkarībā no sugas un saimniekauga:

• Augšanas aizture (stunting) un vispārējs attīstības sabrukums.
• Deformācijas: lapu kroplības, zvīņains vai rievojies audums, ziedu deformācijas.
• Krāsu izmaiņas: mozaīkas, nokvärējumi, hloroze vai čehrošana.
• Samazina ražu un audzēšanas kvalitāti — ekonomiski nozīmīgi kultūraugiem (piem., kartupeļiem, tomātiem, citrusiem, tabakai, vīnogām).

Pārnese un izplatīšanās

Tipiski viroīdi izplatās ar šādiem ceļiem:

• Vegetatīvā pavairošana — inficēti stādi, bumbuļi, spraudeņi.
• Mehānisks pārnēsājums — darba instrumenti, cilvēku manipulācijas, rokas vai aprīkojums.
• Sēklas un ziedputekšņi (pollen) — dažām sugām iespējama pārnese ar sēklām vai ziedputekšņiem, bet tas nav vispārīgi tipisks visām sugas.
• Dažreiz — vektori (piem., laputu vai citu kukaiņu mehāniska loma) vai cilvēka darbība starp stādījumiem.

Diagnostika

Tā kā viroīdi neizdala olbaltumvielas, tradicionālie ELISA testi nav piemēroti. Efektīvas diagnostikas metodes ietver:

• RNS izolāciju un RT‑PCR — specifisks un jutīgs veids viroīda klātbūtnes noteikšanai.
• hibridizācijas testi (Northern blot, dig‑label probes) — lai noteiktu viroīda RNS.
• Nākotnes metodes: augstas caurlaides sekvencēšana (NGS) ļauj atklāt nezināmas vai jaunas viroīdu sekvences.
• Bioloģiskie testi — inokulācija uz jutīgiem indikatoraugiem un novērošana par simptomiem.

Kontrole un profilakse

Efektīva viroīdu kontrole balstās uz profilaksi un integrētām darbībām:

• Izmantot sertificētu, viroīdu‑brīvu materiālu (stādi, bumbuļi, spraudeņi).
• Higiēna — instrumentu un aprīkojuma dezinficēšana, roku tīrība, darba lauku prakse, lai samazinātu mehānisku pārnēsāšanu.
• Karantīnas un uzraudzības pasākumi, lai nepieļautu jaunu viroīdu introdukciju.
• Izraidīšana (eradication) un iznīcināšana inficētiem stādiem, ja nepieciešams.
• Izmantot rezistentas šķirnes, ja tādas pieejamas konkrētam viroīdam un kultūrai.

Zinātniskā nozīme un cilvēku veselība

Viroīdi ir svarīgi molekulārās bioloģijas pētījumu objekti, jo tie ļāva atklāt RNA strukturālās funkcijas, ribozīmu aktivitāti un interakcijas ar saimniekšūnu procesu regulāciju. Lai gan viroīdi skar galvenokārt augus, cilvēka D hepatīta vīruss (HDV) parāda daļēju līdzību ar viroīdiem — tas ir mazs, cirkulārs RNS elements, bet HDV kodē arī proteīnu (delta antigēnu) un prasa hepatīta B vīrusu (HBV) kā satelītu, lai inficētos un izplatītos cilvēkos. Tādēļ HDV netiek uzskatīts par viroīdu, bet par atsevišķu, sarežģītāku subviral elementu.

Kopsavilkumā: viroīdi ir ļoti vienkāršas, taču bioloģiski spēcīgas RNS molekulas, kas var radīt nozīmīgu kaitējumu lauksaimniecībai. Preventīvie pasākumi, precīza diagnostika un sapratne par to replikācijas mehānismiem ir galvenie rīki to ierobežošanai.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir viroīdi?

J: Kāda veida slimības izraisa viroīdi?

J: Cik lieli ir viroīdu genomi?

J: Kāds cilvēka patogēns ir līdzīgs viroīdiem?

J: Kas atklāja un nosauca viroīdus?

Kāds bija pirmais identificētais viroīds?

Jautājums: Cik daudz viroīdu sugu ir identificētas?

Meklēt pēc burta