Chuyên đề tổng hợp về virus

Chuyên đề: Virus (bản chất, phân loại, cấu tạo, tổ chức gen, di chuyển, quan hệ vector) I ĐỊNH NGHĨA VIRUS Virus tác nhân gây bệnh cấu tạo tế bào, có gene acid nucleic thường bao bọc protein vỏ, tái sinh bên tế bào ký chủ Q trình tái sinh virus (i) phụ thuộc hồn toàn vào máy tổng hợp protein ký chủ, (ii) tổng hợp riêng rẽ thành phần virus để lắp ráp nên phân tử virus (virion) II PHÂN LOẠI VIRUS THỰC VẬT Tất loài virus thực vật thuộc ngành virus (Kingdom Viruses) Trong ngành tùy theo cấu tạo nucleic acid chúng chia làm nhóm RNA virus DNA virus 2.1 Nhóm DNA virus 2.1.1 Các virus có DNA sợi kép (dsDNA): 21 lồi - DNA virus dạng cầu Ví dụ: chi Caulimovirus: Cauliflower mosaic virus (virus khảm súp lơ) - DNA virus dạng vi khuẩn khơng có vỏ bọc Ví dụ: chi Badnavirus: Rice tungro bacilliform virus (Virus tungro hình nhộng hại lúa) 2.1.2 Các virus có DNA sợi đơn (ssDNA): 55 lồi - DNA virus hình chày Ví dụ: gây hại mầm, lan truyền qua rầy: họ Geminiviridae, chi Geminivirus: Maize streak virus (virus sọc lớn bắp); gây hại hai mầm, lan truyền qua bọ phấn: Bean golden mosaic virus (virus khảm vàng đậu) - DNA virus hình cầu đơn Ví dụ: Banana bunchy top virus (virus chùn chuối) 2.2 Nhóm RNA virus 2.2.1 Các virus có RNA sợi đơn, chiều dương (+ssRNA) a) RNA virus hình gậy: gồm 32 lồi - sợi +ssRNA Ví dụ: chi Tobamovirus: Tobacco mosaic virus (virus khảm thuốc lá) - sợi +ssRNA Ví dụ: chi Tobravirus: Tobacco rattle virus - 2-4 sợi +ssRNA, truyền qua nấm Ví dụ: chi Furovirus: Soil-borne wheat mosaic virus (virus khảm lúa mì, sợi +ssRNA), chi Hordeivirus: Barley stripe mosaic virus (virus khảm sọc nhỏ đại mạch) b) RNA virus hình sợi mềm: 280 lồi - sợi +ssRNA Ví dụ: chi Carlavirus: Carnation latent virus (virus ẩn hoa cẩm chướng); chi Trichovirus: Apple cholorotic leafspot virus (virus đốm vàng táo); chi Potexvirus: Potato virus X (virus khảm khoai tây); họ Potyviridae - sợi +ssRNA hình sợi dài Ví dụ: chi Closterovirus: Beet yellows virus (virus vàng củ cải đường) c) RNA virus hình cầu: 165 lồi - sợi +ssRNA Ví dụ: họ Sequiviridae, chi Waikavirus: Rice tungro spherical virus (virus tungro dạng cầu hại lúa); họ Tombusviridae, chi Tombusvirus: Tomato bushy stunt virus (virus chùn tàn lụi cà chua), - sợi +ssRNA Ví dụ: họ Comoviridae, chi Comovirrus: Cowpea mosaic virus (virus khảm đậu đũa), chi Nepovirus: Tobacco ringspot virus (virus đốm hình nhẫn thuốc lá) - sợi +ssRNA Ví dụ: họ Bromoviridae, chi Ilavirus: Tobacco streak virus (virus sọc lớn thuốc lá), chi Cucumovirus: Cucumber mosaic virus (virus khảm dưa leo),… 2.2.2 Các virus có RNA sợi đơn, chiều âm (-ssRNA): gồm 90 lồi - sợi -ssRNA Ví dụ: họ Rhadoviridae, chi Nucleorhadovirus: Potato yellow dwarf virus (virus vàng lùn khoai tây) - sợi -ssRNA Ví dụ: họ Bunyaviridae, chi Tospovirus: Tomato spotted wilt virus (virus đốm héo cà chua) - sợi -ssRNA Ví dụ: chi Tenuivirus: Rice stripe virus (virus sọc nhỏ lúa) 2.2.3 Các virus có RNA sợi kép (dsRNA) - RNA virus hình cầu: 40 lồi - sợi dsRNA Ví dụ: họ Reoviridae, chi Fijivirus: Rice Fiji disease virus (virus bệnh Fiji lúa), chi Oryzavirus: Rice ragged stunt virus (virus xoăn lúa) III THÀNH PHẦN CẤU TẠO CỦA PHÂN TỬ VIRUS 3.1 Acid nucleic Bộ gen có phân tử virus gồm DNA RNA, nhưng khơng có loại Đa số virus thực vật (khoảng 80%) có gen RNA Bộ gen virus có đặc điểm sau: • Sợi đơn sợi kép • Mạch thẳng mạch vòng • Cực âm cực dương lưỡng cực • Phân đoạn khơng phân đoạn Cần ý tùy loại virus mà phân đoạn lắp virion hay lắp ráp riêng biệt Phần lớn virus thực vật có gen RNA sợi đơn, cực dương 3.2 Protein Protein virus nhìn chung chia làm loại: Protein cấu trúc (có mặt phân tử virus) protein phi cấu trúc (hình thành tế bào ký chủ trình gây bệnh) Các protein cấu trúc virus gồm loại sau: • Protein vỏ (coat protein, CP): Có thể gồm hay nhiều loại • Enzymes: Đối với virus RNA thực vật, enzyme chủ yếu có mặt phân tử virus enzyme mã RNA (RdRp) Đối với virus động vật, có thêm enzyme cần cho trình xâm nhập nhận biết ký chủ (ví dụ neuramidase virus cúm gia cầm) Đối với thực khuẩn thể, virion chúng có lyzozim để giúp xâm nhập tế bào vi khuẩn • Glycoproteins: Đây protein lien kết đường, dạng protein xun màng, có vai trò quan trọng virus động vật virus thực vật truyền qua vector theo kiểu bền vững tái sinh 3.3 Lipid Đối với virus có vỏ bọc (một số virus thực vật, chẳng hạn virus truyền qua vector theo kiểu bền vững tái sinh nhiều virus động vật) vỏ bọc chúng cấu tạo lớp màng kép phospholipid lớp màng có nguồn gốc từ màng tế bào màng quan tử tế bào ký chủ IV TỔ CHỨC BỘ GEN 4.1 Virrus DNA sợi kép (phiên mã ngược): họ Caulimoviridae Hình 4.1 Tổ chức gen RTBV (rice tungro bacilliiorm virus) (Hull, 1996) Bộ gen virus phân tử DNA sợi vòng kép, kích thước ~ kb, chứa vị trí khơng liên tục D1 D2 Trên gen virus có ORF tổ chức theo chiều kim đồng hồ, mã hóa protein có kích thước 24, 12, 194, 46 kDa (được gọi protein P24, P12, P194 P46) Các ORF 1, 2, xắp xếp gần gối lên P24 có chức chưa rõ liên quan đến trình lắp ráp phân tử Đáng ý ORF protein khơng có mã khởi đầu ATG (ở khung) lại dịch từ mã thứ ATT ORF khơng có mã kết thúc P194 protei quan nhất, chứa vùng chức năng: CP (coat protein), aspartate protease, RT (reverse transcriptase) RH (RNase H) P12 có chức tăng cường dịch mã, biểu từ phân tử RNA nhỏ riêng (phân tử cắt từ phân tử RNA lớn) 4.2 Virus DNA sợi đơn: chi Begomovirus (họ Geminiviridae) V2 C4 Cảm ứng triệu chứng Di chuyển hệ thống CảCảm ứng triệu chứng Di chuyển hệ thống m ứng triệu chứng C1 (Rep) Tái h Di chuyển hệ thống Tái sinh Tương tác với protein ký chủ điều khiển chu kỳ tế bào Cảm ứng triệu chứng Di chuyển hệ thống Tích lũy DNA virus Cảm ứng triệu chứng Di chuyển hệ thống Tích lũy DNA virus DNA V1 (CP) ~2.7kb 2.7kb Vỏ protein Lan truyền qua vector Nhập nhân tế bào DNA ~2.7kb C2 (TrAP) tác Cảm ứng triệu chứng Hoạt hóa phiên mã Di chuyển hệ thống Ức khiển chế phản ứng phòng với protein ký chủ điều chu kỳ tế bào thủ Hoạt hóa phiên mã Ức chế phản ứng phòng thủ C3 Cảm ứng triệu chứng Di chuyển hệ thống (REn) Tích lũy DNA virus Tăng cường tái sinh Tương tác với protein ký chủ điều khiển chu kỳ tế bào Týõng tác với protein ký chủ điều khiển chu kỳ tế bào Hình 4.2 Tổ chức gen Begomovirus (họ Geminiviridae)có gen đơn 4.3 Virus RNA sợi đơn cực dương: chi Potyvirus (họ potyvidae) Tất potyvirus có gen phân tử RNA sợi đơn, cực dương, kích thước ~ 10 kb Tổ chức gen potyvirus giống nhau, tính từ trái sang phải là: • Một vùng 5’ khơng dịch mã (5’UTR) • Một ORF đơn, lớn gọi ORF (major ORF) • Một đầu 3’ không dịch mã (3’UTR), kết thúc đuôi poly-A Hình 4.3 Tổ chức gen potyvirus (Shukla et al., 1998) ORF mã hóa polyprotein, sau dịch mã xử lý thành khoảng 10 protein chức Protein P1 Protein bổ trợ (Helper component protein, HC-Pro) Protein P3, Protein 6K1, Protein thể vùi tế bào chất (CI) Protein 6K2 Protein VPg (genome-linked protein) Protein NIa-Pro (major protease of small nuclear inclusion protein -NIa) Protein NIb (large nuclear inclusion protein) 10 Protei vỏ (coat protein, CP) 4.4 Virus RNA sợi đơn cực âm: Rhabdovirus Leader N P M G L 3’ Trailer 5’ RYSV -AB011257, kích thước 14042 nucleotides Hình 4.4 Sơ đồ tổ chức gen RYSV RYSV có hình viên đạn, dài 180–210 nm, đường kính 94 nm Virus có gen RNA sợi đơn, cực âm, không phân mảnh, kích thước ~ 14 kb Virus có chuỗi nucleotide khoảng 203 nucleotide gọi leader đầu 3’, chuỗi 181 nucleotide gọi trailer đầu 5’ Virus mã hóa protein, theo thứ tự từ trái sang phải N-P-3-M-G-6-L Tuy nhiên có protein cấu trúc có mặt phân tử virus N, P, M, G, L (giống rhabdovirus khác) 4.5 Virus RNA sợi kép: chi Tenuivirus Bộ gen RGSV có tổng kích thước 25 kb, gồm phân đoạn RNA sợi kép, mạch thẳng khác kí hiệu RNA1, RNA2, RNA3, RNA4, RNA5 RNA6 theo thứ tự giảm dần Tất phân đoạn RNA virus lưỡng cực (ambiense) Trên phân đoạn mã hóa protein ngược chiều Chỉ số protein virus biết chức bao gồm: • pC1 mã hóa protein tái RdRp virus • pC5 mã hóa protein N protein vỏ (capsid) • p6 mã hóa protein NCP (non-capsid protein) protein hình thành nhiều tế bào lúa bị bệnh Hình 4.5 Tổ chức gen RGSV V SỰ DI CHUYỂN CỦA VIRUS TRONG CÂY Sau tái sinh, virus thực vật cần phải di chuyển sang tế bào mới, mô mới, quan để gây bệnh hệ thống cho Sự di chuyển virus chia làm nhóm: Di chuyển tế bào (Cell-to-cell movement) Di chuyển hệ thống (Long distance movement) 5.1 Di chuyển tế bào 5.1.1 Cấu tạo sợi liên bào Sợi liên bào (plasmodesmata) kênh giao tiếp tế bào có cấu trúc phức tạp gắn liền với màng tế bào lưới nội chất Cấu tạo sợi liên bào gồm ống trụ cấu tạo màng lồng vào (Hình 5.1) Ống trụ màng plasma (PM, plasma membrance) bao gồm màng plasma (OPM, outer palsma membrance) hướng vách tế bào (CW, cell wall) màng plasma (IPM, inner plasma membrance) hướng vào ống trụ Ống trụ cấu tạo màng lưới nội chất (ER, endoplasmic reticulum) Ống trụ màng lưới nội chất bị ép chặt lại nên thường ký hiệu AER (appresed endoplasmic reticulum) Phần ống trụ gọi desmotubule Trên bề mặt ống trụ bề mặt ống trụ có protein ký chủ gọi protein sợi liên bào (PDP, plasmodesmal proteins) gắn vào Khoảng khơng ống trụ ngồi ống trụ kênh hay lỗ sợi liên bào (kênh plasmodesmata) Dịch tế bào chất tế bào liên tục với qua kênh Nhìn chung kích thước kênh sợi liên bào khoảng 2.5 nm Do kích thước kênh nhỏ, lại có rào cản protein sợi liên bào nên tất loại phân tử tự di chuyển qua kênh Khả sợi liên bào không cho phép loại phân tử sinh học đạt kích thước di chuyển qua gọi giới hạn ngăn chặn kích thước (SEL, size exclusion limit) sợi liên bào thường biểu diễn dạng khối lượng phân tử kDa Nhìn chung SEL cho phép phân tử có khối lượng tối đa khoảng – 10 kDa qua, tùy loại mơ Hình 5.1 Cấu tạo sợi liên bào A B mơ hình sợi liên bào, A tiết diện dọc B tiết diện ngang C ảnh vi điện tử sợi liên bào (Lucas, 2006) 5.1.2 Sự di chuyển virus thực vật tế bào Để di chuyển từ tế bào sang tế bào khác, virus thực vật mã hóa một vài protein đặc biệt gọi protein vận chuyển (MP, movement protein) Sử dụng protein MP, kết hợp với tham gia protein khác (của virus ký chủ), phân tử virus (virion) gen virus di chuyển từ tế bào nhiễm sang tế bào khỏe bên cạnh Virus sử dụng chiến lược để di chuyển từ tế bào sang tế bào khác thông qua sợi liên bào 1) Chiến lược tạo ống (tubular) Ví dụ virus thuộc họ Bromoviridae, Comoviridae, Caulimoviridae, Nepoviridae chi Tospovirus, Trichovirus Quá trình di chuyển bao gồm bước sau: • Protein MP virus tiếp cận sợi liên bào loại bỏ ống trụ (desmotubule) sợi liên bào) • Tiếp theo protein MP virus lắp ráp lại thành ống ngang qua sợi liên bào • Cuối cùng, phân tử virus (virion), thơng qua tương tác với protein MP virus vận chuyển qua ống sang tế bào bên cạnh Hình 5.2 Chiến lược tạo ống virus thực vật để di chuyển tế bào (Hull, 2002) 2) Chiến lược nucleoprotein Đây chiến lược phổ biến virus thực vật Protein MP virus liên kết với nucleic acid virus tạo thành phức hợp nucleoprotein Protein MP virus với protein ký chủ biến đổi sợi liên bào lằm tăng giới hạn ngăn chặn kích thước SEL sợi liên bào lên nhiều lần Tiếp theo, phức hợp nucleoprotein di chuyển từ tế bào nhiễm ban đầu qua sợi liên bào biến đổi để sang tế bào khỏe bên cạnh Tại tế bào khỏe, virus lại thực tiếp trình tái gen dịch mã protein chức Chiến lược chứng minh chi tiết TMV (hình 5.4) Protein MP TMV tăng kích thước SEL từ kDa tới 94 kDa Hình 5.3 Mơ hình di chuyển tế bào TMV 5.2 Di chuyển hệ thống qua khoảng cách xa Về bản, kiểu di chuyển tương đối tự virus Ngoại trừ số virus sobemovirus di chuyển theo mạch xylem phần lớn virus di chuyển theo mạch phloem Sau đạt tới mạch phloem, virus di chuyển hệ thống khắp 10 Thời gian virus phát tán từ vị trí xâm nhiễm ban đầu tới khắp phụ thuộc nhiều yếu tố tổ hợp virus, loại cây, loại tuổi cây, loại virus, kiểu xâm nhiễm nhiệt độ Nhìn chung virus di chuyển trơng chậm (Hình 5.4) Hướng di chuyển virus theo mạch phloem nhìn chung từ mơ nguồn “source” tới mơ tiêu thụ “sink” Nguồn nơi carbohydrates tạo (trên thành thục) giải phóng từ mơ dự trữ (rễ, thân) Mô tiêu thụ nơi carbohydrates sử dụng để tăng trưởng dự trữ (Hình 5.4) Hình 5.4 Hướng tốc độ di chuyển hệ thống virus (Agrios, 2005) VI QUAN HỆ VIRUS THỰC VẬT - VECTOR CÔN TRÙNG * Các kiểu truyền virus thực vật nhờ vector côn trùng: gồm kiểu truyền Không bền vững (non-persistence) Bán bền vững (semi-persistence) Bền vững tuần hoàn (circulative persistence) Bền vững tái sinh (propagative persistence) 11 6.1 Lan truyền virus theo kiểu không bền vững 6.1.1 Đặc điểm truyền theo kiểu khơng bền vững • Thời gian chích nạp ngắn, thường cần vài giây • Q trình chích nạp chích truyền diễn tế bào biểu bì Các virus truyền theo kiểu thường không đặc hiệu mơ có mặt tế bào biểu bì • Virus tồn tầng cutile phần vòi mà tầng bị tách bỏ sau lần lột xác => virus sau lần lột xác => vector trở nên virus => virus truyền qua giao phối qua hệ sau • Virus có thời gian tồn khả nhiễm ngắn, tối đa vài Nhìn chung, khả truyền virus rệp giảm sau chích nạp Tốc độ khả truyền virus phụ thuộc nhiều yếu tố có lẽ chủ yếu chất tồn phần vòi của virus • Virus khơng có thời gian ẩn có nghĩa sau chích nạp, vector truyền virus • Việc giải phóng virus từ vector q trình chích truyền chưa hiểu rõ virus tồn phần vòi nên chế đề xuất: “chỉ hành vi bơm nước bọt”, (ii) kết hợp “bơm nước bọt (regurgitation) thức ăn” 6.1.2 Cơ chế tương tác virus - vector Nhìn qua kiểu truyền thấy khơng có liên hệ sinh học virus vector Tuy nhiên chứng khoa học cho thấy có tương tác protein virus phần vòi vector Tương tác qui định khả năng, hiệu truyền tính đặc hiệu virus – vector Hiện có mơ hình tương tác virus vector: • Mơ hình vỏ protein (tương tác trực tiếp): Theo mơ hình này, vỏ protein phân tử virus liên kết với receptor nằm phía vòi chích aphid Tương tác vỏ protein virus với vòi rệp qui định khả truyền lẫn tính đặc hiệu Khơng có tương tác tác này, virus truyền aphid Mơ hình chứng minh nhiều virus, đặc biệt CMV (Cucumber mosaic virus) 12 CMV virus hình cầu đa diện, với gen gồm phân tử RNA (RNA-1, RNA-1 RNA-3), sợi đơn, cực (+) Virus có phổ ký chủ rộng số virus thực vật lan truyền nhiều lồi rệp mi theo kiểu khơng bền vững Vỏ protein virus có kích thước 218 amino acid Người ta chứng minh thay đổi aa vị trí 129 162 làm chủng CMV phục hồi khả truyền nhờ rệp A phis gosypii; thay đổi vị trí 24, 168 214 làm chủng CMV vốn truyền rệp truuyền rệp đào M persicae • Mơ hình bắc cầu (tương tác gián tiếp): Theo mơ hình này, vòi aphid liên kết với protein vỏ phân tử virus thông qua cầu nối protein virus gọi protein hỗ trợ Mơ hình nghiên cứu kỹ potyvirus Potyvirus virus có phân tử dạng sợi mềm, có gen RNA sợi đơn, cực (+) Số lượng potyvirus lớn số virus thực vật (khoảng 200 virus) Các potyvirus lan truyền theo kiểu khơng bền vững nhiều lồi aphid gây rât nhiều bệnh có ý nghĩa kinh tế (Ví dụ PRSV gây bệnh đốm hình nhẫn đu đủ, PVY gây bệnh khảm khoai tây…) Tất potyvirus mã hóa cho protein hỗ trợ ký hiệu Hc-Pro (helper component protein) Hc-Pro có motif gồm aa bảo thủ (KITC) nằm đầu amin chịu trách nhiệm tương tác với receptor vòi aphid motif gồm aa bảo thủ (PTK) nằm đầu carboxyl chịu trách nhiệm tương tác với motif bảo thủ DAG protein vỏ (CP) phân tử virus Bất kỳ đột biến motif bảo thủ làm khả truyền virus aphid Có thể minh họa tương tác mơ hình bắc cầu sau: Vòi aphid (receptor) (KITC)-HcPro-(PTK) (DAG)-CP-Virion 6.2 Lan truyền virus theo kiểu bán bền vững 6.2.1 Đặc điểm • Nhiều nhóm trùng khác có kiểu truyền bán bền vững; aphid có kiểu truyền khơng bền vững • Q trình trích nạp trích truyền phần lớn xảy mạch phloem Thời gian chích nạp dài hơn, tới nhiều phút nhiều virus truyền theo kiểu bán bền vững thường khó truyền tiếp xúc học 13 • Virus tồn tầng cutile phần ruột trước (foregut) => tầng bị tách bỏ sau lần lột xác => giống nhóm khơng bền vững virus sau lần lột xác => vector trở nên virus => virus truyền qua giao phối qua hệ sau • Virus có thời gian tồn khả nhiễm dài so với nhóm khơng bền vững, tới vài ngày • Virus khơng có thời gian ẩn có nghĩa sau chích nạp, vector truyền virus • Việc giải phóng virus từ vector q trình chích truyền chưa hiểu rõ có lẽ hành vi thức ăn “regurgitation” virus tồn ruột trước 6.2.2 Tương tác virus - vector Tương tác vector – virus nhóm dựa mơ hình “vỏ protein” mơ hình “ bắc cầu” với tham gia nhiều protein hỗ trợ Tương tác trực mơ hình “vỏ protein” chứng minh với virus họ Closteroviridae CTV (Citrus tristeza virus) gây bệnh tàn lụi có múi đặc biệt LIYV (Lettuce infectious yellows virus) gây bệnh vàng rau diếp Các virus thuộc họ Closteroviridae virus RNA, sợi đơn cực (+) có hình thái dạng sợi dài mềm Trong CTV truyền nhiều lồi aphid LIYV lại truyền bọ phấn theo kiểu bán bền vững Cả virus có vỏ protein cấu tạo từ -5 phân tử protein vỏ khác nhau, có protein dịch mã tế bào gọi CPm (minor coat protein) đóng vai trò tương tác trực tiếp với vòi vector Tương tác gián chế “bắc cầu” chứng minh CaMV, DNA virus có phân tử hình cầu với gen DNA dạng vòng kép, lan truyền nhiều loài rệp theo kiểu bán bền vững CaMV có tới protein (p2, p3 p4 – protein vỏ) tham gia vào trình lan truyền qua vector Protein p2 liên kết với vòi rệp (và đóng vai trò protein bổ trợ) Protein p3 lại liên kết với p4 Để lan truyền được, p2 liên kết với p3 tạo cầu nối hồn chỉnh để virus truyền qua vector Tương tác gián tiếp chứng minh với virus tungro Bệnh tungro bệnh nguy hiểm lúa Bệnh gây virus thuộc đơn vị phân loại khác 14 hẳn xâm nhiễm RTBV (một DNA virus, chi Badnavirus, có gen DNA dạng vòng kép) RTSV (một RNA virus, chi Waikavirus, có gen RNA mạch thẳng, sợi đơn, cực (+)) Bệnh rầy xanh đuôi đen (Nephotettix virescens) truyền theo kiểu bán bền vững RTSV truyền dễ dàng rầy xanh đuôi đen không tạo triệu chứng bệnh RTBV truyền rầy xanh đen (nếu cách đó, chẳng hạn agroinoculation, nhiễm lúa tạo triệu chứng nhẹ) RTBV lan truyền nhờ rầy rầy chích nhiễm hỗn hợp virus chích nhiễm RTSV trước Khi rầy chích hút bị nhiễm RTSV, protein phi cấu trúc virus liên kết với vòi rầy đóng vai trò protein hỗ trợ để liên kết với RTBV tạo điều kiện truyền virus Trong trường hợp RTSV gọi virus hỗ trợ cho lan truyền RTBV rầy 6.3 Lan truyền virus theo kiểu bền vững tuần hoàn Các virus truyền theo kiểu bền vững tuần hoàn gồm virus thuộc họ Luteoviridae, Geminiviridae Nanoviridae Tất virus có phân tử dạng hình cầu đa diện đối xứng Các virus họ Luteoviridae Nanoviridae truyền aphid virus họ Geminiviridae phần lớn truyền nhờ bọ phấn (chi Begomovirus) rầy (chỉ topocuvirus mastrevirus) 6.3.1 Đặc điểm • Q trình trích nạp trích truyền phần lớn xảy mạch phloem => thời gian chích nạp chích truyền lâu phần lớn virus có kiểu truyền khó khơng thể truyền tiếp xúc học virus thường giới hạn mạch phloem • Virus tồn xoang thể nhìn chung khơng tồn quan sinh sản Điều dẫn tới: o Virus không bị sau lần lột xác o Nhìn chung khơng truyền qua giao phối qua hệ sau • Tuyến luân chuyển virus: bệnh => vòi chích => ruột trước => ruột giữa, ruột sau => xoang thể => tuyến nước bọt => Như thể côn trùng, virus nhóm bền vững tuần hồn phải vượt qua rào cản: o Từ ruột vào xoang thể 15 o Từ xoang thể vào tuyến nước bọt • Virus có thời gian tồn khả nhiễm dài, thường kéo dài nhiều ngày tới nhiều tuần • Virus có thời gian ẩn dài • Việc giải phóng virus từ vector q trình chích truyền hành vi bơm nước bọt mang virus vào phloem 6.3.2 Quan hệ virus vector • Họ Luteoviridae Các virus họ Luteoviridae gồm chi Enamovirus, Luteovirus, Polerovirus Chúng virus RNA, sợi đơn, cực (+) Hai virus có mặt Việt Nam PLRV (Potato leaf roll virus) khoai tây bệnh nghiêm trọng Việt Nam Cotton leafroll dwarf virus (CLRDV) gây bệnh xanh lùn Vỏ protein luteovirus cấu tạo protein CP (coat protein), dịch mã nhiều tế bào protein RT (read through, tức dịch mã ribosome bỏ qua mã ngừng protein trước) dịch mã Cả protein CP RT cần cho tương tác đặc hiệu virus – aphid Đặc biệt, RT protein qui định tính đặc hiệu vị trí xâm nhập virus ruột (vào ruột hay ruột ruột sau) • Họ Geminiviridae Các geminivirus virus DNA sợi vòng đơn Trong số geminivirus, begomovirrus chiếm số lượng lớn (~ 20% tổng số virus thực vật) Các begomovirus mã hóa protein vỏ (CP) tính đặc hiệu vector CP qui định Ở luteovirrus begomovirrus, người ta chứng minh có tương tác phân tử virus với protein vi khuẩn nội sinh phổ biến vector (vi khuẩn Buchnera) Protein (GroEL) thuộc nhóm symbionin có chức bảo vệ phân tử virus khỏi bị phân hủy xoang thể côn trùng Người ta lợi dụng đặc điểm để chuyển gen mã hóa GroEL vào cà chua để chống begomovirrus gây bệnh xoăn vàng 6.4 Truyền theo kiểu bền vững tái sinh 16 Tất virus thực vật có vỏ bọc truyền theo kiểu bền vững tái sinh Các virus thực vật có vỏ bọc thuộc họ Bunyaviridae (đều truyền bọ trĩ) Rhabdoviridae (phần lớn truyền rầy) Một số virus có vỏ bọc có ý nghĩa kinh tế (i) virus héo đốm cà chua (TSWV, Tomato spotted wilt virus, họ Buniaviridae) gây bệnh nhiều trồng phân bố khắp giới virus vàng lùn lúa (RYSV, Rice yellow stunt virus, Rhabdoviridae) gây bệnh vàng lụi (vàng lá) miền Bắc Các virus thực vật khơng có vỏ bọc mà truyền theo phương thức bền vững tái sinh truyền qua rầy Các virus thuộc họ Reoviridae, Tymoviridae virus thuộc chi Tenuivirus Một số virus thuộc nhóm virus có ý nghĩa Việt Nam virus gây bệnh lùn sọc đen (SRBSDV), lùn xoắn (RRSV) (họ Reoviridae) virus lúa cỏ (RGSV, Tenuivirus) Việt Nam 6.4.1 Đặc điểm • Nhìn chung nhóm có nhiều đặc điểm chung với virus nhóm bền vững tái sinh • Q trình trích nạp trích truyền phần lớn xảy mạch phloem => thời gian chích nạp chích truyền lâu virus có kiểu truyền khó khơng thể truyền tiếp xúc học virus thường giới hạn mạch phloem • Virus tồn xoang thể nhiều trường hợp quan sinh sản Điều dẫn tới • Virus khơng bị sau lần lột xác • Nhìn chung có truyền qua giao phối qua hệ sau • Tuyến luân chuyển virus: bệnh => vòi chích => ruột trước => ruột giữa, ruột sau => xoang thể => tuyến nước bọt/cơ quan sinh sản => Như thể côn trùng, virus nhóm bền vững tái sinh phải vượt qua rào cản: • Từ ruột vào xoang thể • Từ xoang thể vào tuyến nước bọt • Từ xoang thể vào quan sinh sản buồng trứng 17 • Virus nhân lên thể trùng Điều dẫn tới virus có nhiều đặc điểm chung với virus động vật đăc tính xâm nhập tế bào động vật sinh sản, lắp ráp phân tử • Virus có thời gian tồn khả nhiễm dài, thường kéo dài đời • Virus có thời gian ẩn dài cần thời gian cho virus nhân lên • Việc giải phóng virus từ vector q trình chích truyền hành vi bơm nước bọt đưa virus vào phloem 6.4.2 Ví dụ lan truyền nhờ bọ trĩ theo kiểu bền vững tái sinh Các virus lan truyền nhờ bọ trĩ theo kiểu bền vững tái sinh thuộc chi Tospovirus với virus điển hình TSWV Bọ trĩ vector hiệu chúng lồi đa thực Các tospovirus có virion hình cầu, kích thước từ 80 – 120 nm (của tospovirus từ 80 – 110 nm) Virion có vỏ bọc (envelope), có gai nhỏ cấu tạo glycoprotein (Gn, Gc), phần cuống gai nằm chìm lớp màng kép lipid Bên phân tử nucleoprotein số transcriptase (RdRp) Hình 6.4 Sơ đồ phân tử TSWV (Hogenhout et al., 2008) Mối quan hệ bọ trĩ – tospovirus khơng bình thường bọ trĩ trưởng thành khơng thể chích nạp virus truyền sâu non chích nạp virus Bọ trĩ Frankliniella occidentalis vector hiệu truyền 5/14 tospovirus Tospovirus phải đương đầu với khoảng loại tế bào màng khác kể từ chúng chích nạp qua vòi quay trở lại bọ trĩ chích truyền Cơ chế lan truyền tospovirus mơ tả sau: 18 Ngay chích nạp, phân tử virus di chuyển theo ruột trước tới ruột vị trí chủ yếu để virus xâm nhập vào tế bào vector Ngồi thành ruột có lớp tế bào biểu mô (epithelial cells) dạng cột ngăn cách với ống ruột lớp màng đỉnh (apical membrane) [1] Do cấu tạo lớp tế bào biểu mô nên thành ruột giống có lớp lơng (microvilii) Virus xâm nhập qua lớp màng đỉnh để nhiễm vào tế bào biểu mô theo lối “nhập bào”, tức sau gai vỏ virus nhận biết thụ thể bề mặt tế bào biểu mơ lớp vỏ bọc virus dung hợp với màng tế bào biểu mơ sau giải phóng nucleoprotein enzyme RdRp virus vào bên tế bào chất tế bào biểu mô Tại tế bào biểu mơ, virus sinh sản khỏi tế bào biểu mô, vượt qua lớp màng thứ lớp màng đáy (basement membrane) [2] để xâm nhập vào tế bào bao quanh ruột Tại tế bào cơ, virus tiếp tục sinh sản hình thành nhiều viroplasm [hình nhỏ, 3] Sau virus hình thành, chúng thoát khỏi tế bào ruột di chuyển qua màng đáy [hình nhỏ, 4] tuyến nước bọt [5], tiếp tục di chuyển qua lớp màng đỉnh tuyến nước bọt [6] để vào ống dẫn tuyến nước bọt theo dòng nước bọt để xâm nhập vào bọ trĩ chích hút Hình 6.5 Các quan bên bọ trĩ liên quan đến lan truyền tospovirus rào cản dạng màng mà virus phải vượt qua Các số tương ứng với loại màng tế bào liên quan đến đường virus từ chích nạp đến 19 chích truyền L, lumen (tuyến dẫn); PSg, primary salivary gland (tuyến nước bọt sơ cấp); s, cross sections of muscle (tiết diện cắt ngang cơ); VP, viroplasm (vị trí tái sinh lắp ráp virus); DM, dense mass (vị trí có màu đậm chụp kính hiển vi) (Hogenhout et al., 2008) TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt: Hà Viết Cường, giảng virus thực vật, phytoplasma viroid, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, 2010 Vũ Triệu Mân, Giáo trình Bệnh Đại cương, Trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội, 2007 Tài liệu tiếng anh: Hull, R 2002 Matthews’ Plant Virology Fourth edition Van Regenmortel, M.H.V., 2006 Virologists, taxonomy and the demands of logic Arch Virol 151, in press Van Regenmortel, M.H.V., 2007 Virus species and virus identification: Past and current controversies Infection, Genetics and Evolution 7: 133–144 Ariska, F (2008) Virus Capsid Model Tokyo Institute of Technology Zlotnick (2005) Theoretical aspects of virus capsid assembly Journal of Molecular Recognition.18 (6): 479-490 Agrios, G (2005) Plant Pathology Firth Edition: Academic Press Lough, T J & Lucas, W J (2006) Integrative Plant Biology: Role of Phloem Long-Distance Macromolecular Trafficking Annual Review of Plant Biology 57, 203–232 Lucas, W., J (2006) Plant viral movement proteins: Agents for cell-to-cell trafficking of viral genomes Virology 344 169 – 184 Andret-Link, P & Fuchs, M (2005) Transmission specificity of plant viruses by vectors Journal of Plant Pathology 87, 153-165 20 10 Hogenhout, S A., Ammar, E., Whitfield, A E & Redinbaugh, M G (2008) Insect Vector Interactions with Persistently Transmitted Viruses Annual Review of Phytopathology 46, 327–359 11 Jones, D R (2003) Plant viruses transmitted by whiteflies European Journal of Plant Pathology 109, 195–219 12 Moritz, G., Kumma, S & Moundb, L (2004) Tospovirus transmission depends on thrips ontogeny Virus Research 100, 143–149 13 Ng, J C K & Falk, B W (2006) Virus-Vector Interactions Mediating Nonpersistent and Semipersistent Transmission of Plant Viruses Annual Review of Phytopathology 14 Syller, J (2006) The roles and mechanisms of helper component proteins encoded by potyviruses and caulimoviruses Physiological and Molecular Plant Pathology 67, 119–130 15 Whitfield, A E., Ullman, D E & German, T L (2005) Tospovirus-Thrips Interactions Annual Review of Phytopathology 43, 459–489 21 ... cholorotic leafspot virus (virus đốm vàng táo); chi Potexvirus: Potato virus X (virus khảm khoai tây); họ Potyviridae - sợi +ssRNA hình sợi dài Ví dụ: chi Closterovirus: Beet yellows virus (virus vàng... Tenuivirus: Rice stripe virus (virus sọc nhỏ lúa) 2.2.3 Các virus có RNA sợi kép (dsRNA) - RNA virus hình cầu: 40 lồi - sợi dsRNA Ví dụ: họ Reoviridae, chi Fijivirus: Rice Fiji disease virus (virus. .. bushy stunt virus (virus chùn tàn lụi cà chua), - sợi +ssRNA Ví dụ: họ Comoviridae, chi Comovirrus: Cowpea mosaic virus (virus khảm đậu đũa), chi Nepovirus: Tobacco ringspot virus (virus đốm hình