Virus tabákové mozaiky – struktura, léčba a na které rostliny působí

Virus tabákové mozaiky (TMV) je jednovláknový RNA virus s pozitivním druhem v rodu tobamovirus který postihuje širokou škálu rostlin, zejména tabák a další zástupce čeledi Solanaceae. Infekce způsobuje charakteristické vzory, jako je „mozaikové“ skvrnitost a změna barvy na listech (odtud název). TMV byl první virus, který byl objeven. Přestože se od konce 19. století ví, že nebakteriální infekční onemocnění poškozuje plodiny tabáku, až v roce 1930 byl infekční agens identifikován jako virus. Toto je první patogen identifikovaný jako virus.

Obsah

Příběh

V roce 1886 Adolf Mayer poprvé popsal onemocnění tabákové mozaiky, které se může přenášet mezi rostlinami jako bakteriální infekce. [1] [2] V roce 1892 poskytl Dmitrij Ivanovskij první konkrétní důkaz o existenci nebakteriálního infekčního agens, který ukázal, že infikovaná míza zůstala infekční i poté, co byla filtrována přes nejjemnější filtry Chamberland. [2] [3] Později, v roce 1903, Ivanovský publikoval práci popisující abnormální krystalické intracelulární inkluze v hostitelských buňkách postižených rostlin tabáku a dokazující souvislost mezi těmito inkluzemi a infekčním agens. [4] Ivanovskij však zůstal docela přesvědčen, navzdory opakovaným pokusům o předložení důkazů, že původcem byla nekultivovaná bakterie, příliš malá na to, aby byla zadržena na použitých filtrech Chamberland a aby ji bylo možné detekovat pod světelným mikroskopem. V roce 1898 Martinus Beijerink nezávisle reprodukoval Ivanovského filtrační experimenty a poté ukázal, že infekční agens je schopen se množit a množit v hostitelských buňkách rostliny tabáku. [2] [5] Beijerinck zavedl termín „virus“ k označení toho, že původce tabákové mozaiky byl nebakteriální povahy. Virus tabákové mozaiky byl prvním virem, který byl krystalizován. Toho dosáhl Wendell Meredith Stanley v roce 1935, který také ukázal, že TMV zůstal aktivní i po krystalizaci. [2] Za svou práci mu byla v roce 1 udělena 4/1946 Nobelovy ceny za chemii, [6] [7] i když některé jeho poznatky byly později prokázány (zejména že krystaly byly čistý protein a byly sestaveny autokatalýzou) byly nesprávný. [8] První snímky TMV z elektronové mikroskopie pořídili v roce 1939 Gustav Kausche, Edgar Pfankuch a Helmut Ruska, bratr nositele Nobelovy ceny Ernsta Ruska. [9] V roce 1955 Heinz Frenkel-Konrath a Robley Williams ukázali, že purifikovaná TMV RNA a její kapsidové proteiny (obaly) se sestavují do funkčních virů, což naznačuje, že se jedná o nejstabilnější strukturu (s nejnižší volnou energií). krystalografka Rosalind Franklinová pracovala pro Stanley asi měsíc v Berkeley a později navrhla a postavila model TMV pro světovou výstavu v roce 1958 v Bruselu. V roce 1958 navrhla, že virus byl spíše dutý než pevný, a předpokládala, že TMV RNA virus je jednovláknový. [10] Tento předpoklad se po její smrti ukázal jako správný a nyní je známo, že jde o negativní větev. [11] Výzkum tabákové mozaiky a následný objev její virové podstaty sehrál důležitou roli při stanovení obecných představ o nemoci. virologie. [2]

Struktura

Virus tabákové mozaiky má tyčovitý vzhled. tato kapsida se skládá z 2130 molekul obalového proteinu (viz obrázek vlevo) a jedné genomové jednovláknové molekuly RNA, dlouhé 6400 bází. Obalový protein se sám sestaví do tyčovité spirálovité struktury (16,3 proteinů na otáčku šroubovice) kolem RNA, která tvoří strukturu vlásenkové smyčky (viz elektronový mikrofotografie výše). Proteinový monomer se skládá ze 158 aminokyselin, které jsou sestaveny do čtyř základních alfa helixů, které jsou spojeny vyčnívající smyčkou proximálně k ose virionu. Viriony jsou ~300 nm dlouhé a ~18 nm v průměru. [12] Negativně obarvené elektronové mikrofotografie ukazují zřetelný vnitřní kanál s poloměrem ~2 nm. RNA se nachází v okruhu ~4 nm a je chráněna před působením buněčných enzymů obalovým proteinem. [13] Rentgenová vláknová difrakční struktura intaktního viru byla studována na základě mapy elektronové hustoty s rozlišením 3,6 Å. [14] Uvnitř šroubovice kapsidy, vedle jádra, je zkroucená molekula RNA sestávající z 6 ± 395 nukleotidů. [10] [15]

Genom

TMV genom se skládá z jednořetězcového (ss) 6,3–6,5 kb. RNA. 3′ konec má strukturu podobnou tRNA a 5′ konec má methylovaný nukleotidový uzávěr. (m7G5’pppG). [17] Genom kóduje 4 otevřené čtecí rámce (ORF), z nichž dva produkují jeden protein ribozomálním čtením děravého stop kodonu UAG. 4 geny kódují replikázu (s doménami methyltransferázy [MT] a RNA helikázy [Hel]), RNA-dependentní RNA polymerázu, tzv. pohybový protein (MP) a kapsidový protein (CP). [18]

Fyzikálně-chemické vlastnosti

TMV je termostabilní virus. Na sušeném listu vydrží teploty až 50 °C (120 stupňů Fahrenheita) po dobu 30 minut. [19]

Cyklus onemocnění

TMV nemá výraznou přezimovací strukturu. Spíše bude přezimovat v infikovaných tabákových stoncích a listech v půdě, na povrchu infikovaných semen (TMV může dokonce přežívat v infikovaných tabákových výrobcích po mnoho let). Přímým kontaktem s hostitelskými rostlinami prostřednictvím jejich přenašečů (obvykle hmyzu, jako jsou mšice a listonohy) projde TMV procesem infekce a poté procesem replikace.

Infekce a přenos

Po svém rozmnožení se dostává přes plasmodesmata do sousedních buněk. Infekce se šíří přímým kontaktem se sousedními buňkami. Pro nerušenou penetraci TMV produkuje 30 kD. Pohybový protein zvaný P30, který zvyšuje plasmodesmata. TMV se s největší pravděpodobností pohybuje z buňky do buňky jako komplex RNA, P30 a replikovaných proteinů.

Může se také šířit floémem a cestovat v rostlině na velké vzdálenosti. Kromě toho lze TMV přenášet z jednoho závodu do druhého přímým kontaktem. Ačkoli TMV nemá definované přenosové vektory, virus lze snadno přenést z infikovaných hostitelů na zdravé rostliny kontaktem s lidmi.

Replikace

Po vstupu do hostitelského organismu mechanickou inokulací je TMV štěpen, aby se uvolnil jeho virový [+] RNA řetězec. Když dojde k odkrytí, je gen MetHel:Pol přeložen za vzniku enzymu MetHel capping a RNA polymerázy. Virový genom se pak bude dále replikovat za vzniku více mRNA prostřednictvím intermediární [-] RNA aktivované tRNA._ITS na konci [+]RNA 3′. Výsledné mRNA kódují několik proteinů, včetně obalového proteinu a RNA-dependentní RNA polymerázy (RdRp), stejně jako pohybový protein. TMV tak může replikovat svůj vlastní genom.

Jakmile jsou obalový protein a TMV RNA genom syntetizovány, spontánně se sestaví do kompletních TMV virionů ve vysoce organizovaném procesu. Protomery se spojují do disků nebo zámkových podložek.Skládá se ze dvou vrstev protomerů uspořádaných do šroubovice. Spirální kapsida roste přidáním protomerů na konec tyčinky. Jak se tyčinka prodlužuje, RNA prochází kanálem v jeho středu a tvoří smyčku na rostoucím konci. RNA se tedy může snadno vejít do šroubovice uvnitř spirálové kapsidy. [21]

Hostitel a příznaky

Stejně jako jiné rostlinné patogenní viry má TMV velmi široký rozsah hostitelů a má různé účinky v závislosti na infikovaném hostiteli. Virus tabákové mozaiky způsobuje v Severní Karolíně ztráty ve výrobě tabáku sušeného kouřem až o dvě procenta. [22] Je známo, že infikuje členy devíti rostlinných čeledí a nejméně 125 jednotlivých druhů, včetně tabáku, rajčat, pepře (všechny zástupci prospěšných Solanaceae), okurek a řady okrasných květin. [23] Existuje mnoho různých odrůd. Prvním příznakem tohoto virového onemocnění je světle zelená barva mezi žilkami mladých listů. Rychle následuje “mozaika” nebo strakatý vzor světle a tmavě zelených skvrn na listech. Na listech napadených rostlin lze také pozorovat drsnost s drobnými, lokalizovanými občasnými vráskami. Tyto příznaky se rychle rozvíjejí a jsou výraznější na mladých listech. Jeho infekce nevede k úhynu rostlin, ale pokud dojde k infekci na začátku sezóny, rostliny zaostávají. Spodní listy podléhají „spalování mozaiky“, zejména v období horkého a suchého počasí. V těchto případech se na listech tvoří velké mrtvé plochy. Toto je jedna z nejničivějších fází Virus tabákové mozaiky infekce. Infikované listy mohou být svraštělé, svraštělé nebo protáhlé. Pokud však TMV infikuje plodiny, jako jsou hrozny a jablka, je to téměř asymptomatické.

Окружающая среда

TMV je známo, že je jedním z nejstabilnějších virů. Má velmi široký rozsah přežití. Dokud je okolní teplota nižší než asi 40 stupňů Celsia, může si TMV udržet svůj stabilní tvar. Vše, co potřebuje, je infikovat hostitele. V případě potřeby skleníky a botanické zahrady poskytnou nejpříznivější podmínky pro šíření TMV díky vysoké hustotě osídlení možných hostitelů a konstantní teplotě po celý rok.

Léčba a management

Jednou z běžných metod kontroly TMV je sanitace, která zahrnuje odstraňování infikovaných rostlin a mytí rukou mezi výsadbami. Střídání plodin by se také mělo používat, aby se zabránilo zamořené půdě/záhonu se semeny po dobu nejméně dvou let. S ohledem na jakoukoli chorobu rostlin lze také doporučit hledání rezistentních kmenů proti TMV. Kromě toho lze použít metodu křížové ochrany, při které je silnější kmen infekce TMV inhibován infikováním hostitelské rostliny mírným kmenem TMV, podobně jako u vakcíny.

Během posledních deseti let byla vyvinuta aplikace genetického inženýrství na genom hostitele rostlin, aby hostitelská rostlina mohla produkovat obalový protein TMV ve svých buňkách. Bylo navrženo, že genom TMV bude rychle překryt po vstupu do hostitelské buňky, čímž se zabrání zahájení replikace TMV. Později bylo zjištěno, že mechanismem, který chrání hostitele před zavedením virového genomu, je umlčování genů. [24]

Vědecký a environmentální dopad

Velké množství literatury o TMV a její výběr pro mnoho průkopnických studií v oblasti strukturní biologie (včetně rentgenové difrakce), montáže a demontáže virů atd. je způsobeno především velkým množstvím, které lze získat, a také skutečností že neinfikují zvířata. Po vypěstování několika infikovaných rostlin tabáku ve skleníku a několika jednoduchých laboratorních postupech může vědec snadno vyrobit několik gramů viru.

James D. Watson ve svých pamětech dvojitá spirála, uvádí svou rentgenovou studii šroubovicové struktury TMV jako důležitý krok při stanovení povahy molekuly DNA. [25]

Aplikace

Rostlinné viry lze použít k vytvoření virových vektorů, nástrojů běžně používaných molekulárními biology k dodání genetického materiálu do rostlinných buněk; jsou také zdroji biomateriálů a nanotechnologických zařízení. [26] [27] Virové vektory založené na TMV zahrnují vektory magnICON® a rostlinné expresní technologie TRBO. [27] [28] Díky svému válcovému tvaru, vysokému poměru stran, samomontážní povaze a schopnosti ukládat pokovování (nikl a kobalt) do svého pláště je TMV ideálním kandidátem pro zahrnutí do elektrod baterií. [29] Přidáním TMV k elektrodě baterie se řádově zvětší reaktivní povrchová plocha, což má za následek až šestinásobné zvýšení kapacity baterie ve srovnání s geometrií ploché elektrody. [29] [30]

Virus tabákové mozaiky je infekce plodin, která se usazuje v tkáních častěji než rostliny lilek: papriky, tabák, okurky, rajčata. Nemoc nevyhnutelně vede ke ztrátám úrody. Jak to rozpoznat, jak zacházet s rostlinami a jak se chránit před šířením viru, budeme zvažovat podrobněji.

Infekce virem z listů rostlinných buněk vede ke zničení chlorofylu, a tím i fotosyntézy. Na listech rostlin se objevují:

1. Mozaika, smaragdově béžové skvrny na povrchu.
2. Tuberkuly v důsledku intenzivního buněčného dělení. Plochy jsou skvrnité, někdy světle zelené, tmavě zelené, připomínající mozaiku.

Virus je živý. Pokud se dostane do půdy, může poškodit rostliny po dobu 4–5 let. Kůže postižených rostlin se ztenčuje, bakterie volně pronikají.

Buňky, chudé na glukózu a organické kyseliny, jsou zničeny, umírají, což ovlivňuje výnos plodů, je jich méně a těch nedostatečně vyvinutých, malých.

Co to pokrývá

Virus je schopen se šířit, to znamená proniknout do zdravých rostlin prostřednictvím šťávy nemocných. Nastane, když:

• setí semen infikovaných virem;
• přítomnost jakýchkoli savých škůdců v půdě: klíšťata, hlístice, s infikovanými slinami, které později přenášejí virus na nové sazenice;
• sbírání, přesazování, štípání, štípání rostlin, když se virus dostane do ran výhonků a kořenů;
• získávání šťávy na inventáři, která se používá ke zpracování rostlin, lámání chlupů, zakrývání stonků, listů, způsobování ran.

Prevence

Je nutné chránit pěstované rostliny před virovou infekcí v počáteční fázi, to znamená při výběru semen pro výsadbu sazenic.

Semena, krabice, zahradní nářadí by měly být dezinfikovány roztokem manganistanu draselného (5%). Proceduru je lepší opakovat alespoň 4x, tedy do 4 dnů. Chcete-li chránit budoucí plodinu pro prevenci, potřebujete:

• očkovat rostliny, zejména rajčata, agresivním kmenem proti viru;
• přijmout ochranná opatření při výsadbě rostlin ve sklenících;
• semena dezinfikujte tak, že je ponecháte v kyselině chlorovodíkové (20%) po dobu alespoň 30 minut, poté semena opláchněte tekoucí vodou;
• napařte půdu zalitím vařící vodou po dobu 2–3 hodin;
• ošetřete sazenice jednou týdně mlékem zředěným vodou v poměru 1×1;
• před výsadbou nových včas vyčistit zbytky rostlin na místě;
• bojovat různými způsoby se savým hmyzem, nositeli viru;
• dezinfikovat boxy na sazenice, vybavení používané při práci, nářadí.

Sazenice se stávají odolnějšími vůči virům, když jsou postříkány kyselinou boritou (1%) 7 dní před výsadbou a několik týdnů po výsadbě. Je důležité zpracovat skleníky spálením a sběrem listů na podzim, kořenů. Na jaře vyměňte půdu ve skleníku, odstraňte vrstvu alespoň 10 cm nebo ji spařte vroucí vodou.

Léčba na různé zelenině

TMV je všudypřítomná. Při usazování na místě je zcela nemožné se ho zbavit. Jde především o to, aby se viry dále nešířily, proto je mimořádně nutné přijmout preventivní opatření, zejména ve vegetačním období růstu rostlin..

Virus mozaiky je houževnatý i v zimě, napadá oddenky některých plevelů. Na okurkách se objevuje v různých podobách.

1. Obyčejná mozaika je nápadná okurky vysazené v otevřené půdě, nejprve pletivo, listy na rostlinách, když dosáhnou 6-8 kusů, se stanou žlutozelenými, poté ve formě mozaiky, rostliny se zpomalí v růstu, kvetení je oslabeno. Plody jsou pokryty tmavými oblastmi, získávají konvexní bradavičnatý tvar. Hlavním přenašečem choroby jsou mšice. Již 10 dní po infekci se na listech rostlin objevují nevzhledné příznaky.
2. Zelená skvrna postihuje okurky vysazené v chráněné půdě. Již mladé listy jsou svraštělé, skvrnité se střídavě světlými a abnormálně zbarvenými plochami. Vývoj a růst rostliny jsou brzděny, okvětní lístky koruny se barví, plody, které jsou svázány, opadávají dříve, než dozrají.
3. Bílá mozaika postihuje pletivo listů při t nad 25 g, mezi žilkami se objevují hvězdicovité žlutobílé skvrny. Hlavní věcí je zabránit šíření viru, protože rostlinu z něj nelze vyléčit.

Léčba spočívá ve včasném odstranění nemocných rostlin, aplikaci hnojiv včas s překročenými dávkami. Před výsevem je vhodné zkontrolovat odolnost všech odrůd okurek a hybridů a po výsadbě do země odstranit plevel, jak se objeví: vojtěšku, bodlák setý, mšice.

Nemoc je obtížně léčitelná, proto je snazší jí předcházet výsevem semen starých alespoň dva roky, postřikem rostlin syrovátkou (odtučněným mlékem) a přidáním několika kapek jódu.

Semena je užitečné zahřát na t 60 gr. na 3 dny. Můžete je držet několik dní přímo u baterie.

Virus mozaiky je v tabáku často přítomen, proto od něj držte semena dál, nenechte ho s ním ani přijít do kontaktu.

Na pepři, s mozaikovým onemocněním, jsou postiženy listy, jejich barva se mění, stává se pestrá, malovaná v mozaice se střídajícími se tmavými, žlutými, světle zelenými a dokonce černými barvami na talířích. Listy jsou zdeformované, rychle opadávají.

Infekce rostlin virem brání jejich růstu, plody se tvoří nevzhledné, malé velikosti, pokryté skvrnami. Virus infikuje kořenový systém paprik.

Prevence spočívá v kontrole odolnosti semen, kterou mají některé kultivary: flamenco, dawn, jimini, atlant, fidelio, dar kaspického, výročí, semko.

Léčba viru je:

• sběr semen ze zdravých paprik;
• dezinfekce semen po sběru fialovým nasyceným roztokem manganistanu draselného po dobu nejméně 30 minut;
• zalévání pepře roztokem manganistanu draselného alespoň jednou za 3 týdny;
• krmení rostlin mikroelementy (roztok) ihned po výsadbě ve skleníku;
• postřik keřů mlékem a vodou a 10 kapkami jódu v poměru 1×10;
• pokrytí filmem po postřiku na několik dní, aby se virus při kontaktu nerozšířil na zdravé sazenice;
• ošetření semen hydroxidem sodným (2%) po dobu 10 minut ke zničení patogenu, zvýšení energie pro klíčení sazenic.

Listy rajčat získávají světle tmavě zelenou barvu, samotná rajčata se pokrývají žlutými skvrnami. Poškození virem je zvláště velké, pokud během kultivace není dostatečné osvětlení. Rajčata utlačovaná mozaikami mohou jednoduše zemřít. Virus není léčitelný.

Musíte také včas odstranit plevel mezi řádky, postříkat mšice insekticidy. Teplotní režim musí být stabilní, nebezpečné jsou prudké výkyvy.

Vezměte semena pouze ze zdravých rostlin, dezinfikujte je ihned po sběru, stejně jako zařízení pro krokování rajčat, ředění, hilling, ošetření roztokem manganistanu draselného. Ve skleníku je třeba každý rok vyměnit vrstvu zeminy do 15 cm, případně dezinfikovat. Večer je dobré rajčata několik dní před výsadbou postříkat mikroelementy, roztokem kyseliny borité.

Nástroje před zahájením práce dezinfikujte. Vytvořte normální podmínky pro růst rajčat, postarejte se o dobré osvětlení.

Odrůdy rajčat odolné vůči mozaice: divoká růže, dina, Andreevsky překvapení, zlatá andromeda, Nastena. Virus se nebojí sucha, přežívá v zimě, může zůstat na inventáři: hadice, krabice na sazenice. Ovlivňuje tabák, rajčata, luštěniny, brambory, řepu, lilek, špenát.

Při nakapání se může přenášet rostlinnou šťávou. Nebezpečný škůdce snižuje výnos plodin, brzdí jejich růst a vývoj. Je těžké se ho zbavit, hlavní je dodržovat preventivní opatření, zpracovat vše, co s ním může přijít do styku.

Před výsadbou se o rostliny postarejte. Jen ze zdravého semínka může vyrůst zdravé ovoce. Zvaž toto.