PRSV không có vỏ bọc, nucleocapsid có dạng hình sợi, xoắn, dài khoảng 760-800nm, đường kính 12nm (Purcifull et al., 1984). Bộ gen của virus là một sợi RNA đơn dương chứa 5,5% acid nucleic liên kết với protein (VPg) ở đầu 5’ và có đuôi poly(A) ở đầu 3’. Sợi RNA genome này được bao bọc bằng vỏ protein (capsid). Vỏ protein là sự lặp lại của những tiểu phần nhỏ là protein vỏ (coat protein) (Bernsein et al., 2001; Gonsalves et al., 2009).
Hệ gen của PRSV có kích thước 10326 nucleotide, ngoại trừ đầu poly(A), và chứa một khung đọc mở lớn bắt đầu từ vị trí nucleotide 86-88 và kết thúc ở vị trí 10118-10120, mã hoá cho một polyprotein chứa 3344 amino acid. Polyprotein này được xử lý hậu dịch mã tạo thành 12 loại protein. Trình tự bảo thủ cao (AAAUAAAANANCUCAACACAUA) ở đầu 5’ của PRSV đóng vai trò quan trọng cho sự tái bản của virus (Park et al., 2005; Nishantha J, 2004; Bateson et al., 2002).
(Nguồn: Gonsalves et al., 2009)
Trong các protein của Potyvirus, bao gồm PRSV, hai protein được quan tâm
nhiều nhất là protein vỏ (CP) và protein sao chép (Nib), ngoài ra, Hc-Pro gần đây cũng được quan tâm nghiên cứu trong việc tạo cây chuyển gen kháng virus.
1.2.2.1. Protein vỏ (coat protein – CP)
Protein vỏ là một protein đa chức năng cần thiết cho sự bao bọc acid nucleic, tham gia vào sự lan truyền của virus thông qua các loài rệp, sự di chuyển của virus trong tế bào thực vật (Boulton, 2002).
Chức năng quan trọng nhất của protein vỏ là tham gia tạo capsid bao bọc acid nucleic của virus nhằm tránh tác dụng phá hủy của enzyme nuclease, giữ cho hình thái
Hình 1.2. Bản đồ tổ chức genome của PRSV
(Nguồn: Báo cáo tổng kết đề tài KC 04, Chu Hoàng Hà và cs, 2010)
Hình 1.1. Cấu trúc của PRSV (A: PRSV-w; B: PRSV-p)
(Nguồn: Nishantha_Jayathilake, 2004)
(Nguồn: Gonsalves et al., 2009)
và kích thước virus ổn định, tham gia vào sự hấp thụ virus lên vị trí đặc hiệu trên tế bào mẫn cảm, protein vỏ mang tính kháng nguyên đặc hiệu của virus. Vì vậy, gen CP và protein vỏ của nó đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện sự có mặt của PRSV, nghiên cứu đa dạng di truyền và tạo cây chuyển gen kháng PRSV (Cuong Viet Ha, 2007).
Protein vỏ được chia thành 3 vùng điển hình, trong đó vùng đầu N- và đầu C- là những vùng có trình tự bảo thủ cao và là vùng của virion tiếp xúc với bề mặt tế bào kí chủ. Ngoài ra, vùng N- của CP là vùng có trách nhiệm tương tác với protein HC để lan truyền thành công virus trong cây trồng. Sự lây nhiễn virus cho cây trồng sau khi loại bỏ vùng N- và C- bằng trypsin cho thấy rằng các vùng này có liên quan nhiều đến khả năng lây nhiễm của virus. Vùng thứ 3 có ảnh hưởng quan trọng trong CP là vùng DAG, vùng này cũng có trình tự bảo thủ cao, nằm gần đầu N-, có vai trò quan trọng trong sự lan truyền của virus thông qua các loài rệp, sự thay thế hay loại bỏ vùng DAG đều dẫn đến sự giảm mạnh mẽ khả năng lan truyền virus trong cây trồng (Hallan & Gafni, 2001; Urcuqui-Inchima et al., 2001; Cuong Viet Ha, 2007).
Trong quá trình lây nhiễm, cDNA tương ứng với RNA bộ gen của virus cần phải di chuyển đến nhân của các tế bào. Sự di chuyển này được thực hiện với sự tham gia của các protein của virus, các thành phần của tế bào chủ và có thể cả các protein được tổng hợp từ gen nhân của tế bào chủ (Gafni & Epel, 2002). Mặc dù, việc đưa genome của virus vào nhân tế bào theo hình thức vận chuyển cả virion nguyên vẹn hay chỉ vận chuyển phức hợp nucleoprotein còn chưa rõ ràng nhưng sự có mặt của protein vỏ của virus trong nhân tế bào sau quá trình lây nhiễm đã cho thấy protein vỏ có thể có vai trò trong quá trình vận chuyển genome của virus vào nhân tế bào. Sự vận chuyển phức hợp nucleoprotein của virus từ tế bào chất vào nhân tế bào qua các lỗ màng nhân và có sự tham gia gián tiếp của các thụ thể vận chuyển có nguồn gốc từ tế bào chủ, gọi là các karyopherin. Các karyopherin liên kết với phức hợp nucleoprotein của virus, sau đó chúng liên kết với các lỗ màng nhân giúp cho quá trình vận chuyển genome của virus vào trong nhân được thực hiện. Trong quá trình liên kết giữa các karyopherin với phức hợp nucleoprotein của virus, protein của virus sẽ được gắn với tín hiệu đặc trưng của
nhân, và những dấu hiệu đó chủ yếu được gắn vào vùng đầu N-, một số ít được gắn vào vùng đầu C- của CP (Gafni & Epel, 2002; Kunik et al., 1998; Liu et al., 1999; Unseld et al., 2001).
Protein vỏ cũng tham gia vào quá trình vận chuyển acid nucleic của virus từ nhân tế bào chủ ra tế bào chất. Trong trường hợp này, một tín hiệu vận chuyển acid nucleic cũng được các karyopherin gắn vào vùng đầu C- hoặc vùng trung tâm của protein vỏ của virus (Rhee et al., 2000; Unseld et al., 2001). Có thể khẳng định rằng, ngoài chức năng bao bọc, bảo vệ acid nucleic, protein vỏ còn có vai trò quan trọng trong việc vận chuyển genome của virus trong tế bào chủ.
1.2.2.2. Protein Nib
Protein Nib là RNA polymerase phụ thuộc RNA (RNA-dependent RNA polymerase, RdRp), chịu trách nhiệm tái bản sợi RNA dương và âm của virus, có vai trò quan trọng trong quá trình xâm nhiễm và sao chép genome của virus trong ký chủ. RdRp cùng với các thành phần khác của virus và tế bào chủ tạo thành một phức hợp sao chép thực hiện quá trình tái bản genome của virus. RdRp đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn sớm của sự tái bản genome của virus và làm tăng khả năng ức chế của enzyme này, được xem như chìa khóa tổng hợp một phân tử đặc biệt, ví dụ như scFv ức chế hoạt động của enzyme RdRp. Nói cách khác, việc ngăn cản hay ức chế hoạt động RdRp có thể phá vỡ sự tái bản của virus ở giai đoạn sớm một cách hiệu quả hơn. (Cuong Viet Ha, 2007; Anindia et al., 2005)
1.2.2.2. Protein HC
Helper component-proteinase (HC-Pro) là một protein đa chức năng có liên quan đến khả năng truyền qua vector côn trùng ở cây. Mặt khác HC-Pro là một protease có vai trò phân cắt các polyprotein thành các protein chức năng do đó có vai trò quan trọng trong sự hoàn thiện các đa phân tử protein sau dịch mã, sự biểu hiện và ức chế biểu hiện các triệu chứng của virus sau phiên mã (Cuong Viet Ha, 2007).
Nghiên cứu ban đầu đã chứng minh sự tham gia của HC-Pro của các potyvirus trong sự truyền qua vector côn trùng ở cây trồng. HC-Pro có hoạt tính sinh học cho phép truyền tải các virion, sự tương tác giữa protein HC và protein vỏ cũng như tương tác với chính cá thể rệp là cần thiết cho sự lan truyền của rệp trong cây trồng. Các thử nghiệm cho thấy rằng sự tương tác giữa protein HC và protein vỏ của potyvirus tăng ở những cá thể rệp có sự lây nhiễm vào cây trồng hơn so với những cá thể rệp không được lây nhiễm. Những nghiên cứu về khả năng của một protein HC trong việc giữ lại một virion trong các cá thể rệp đã cho thấy mức độ truyền potyvirus ở các loài rệp khác nhau là khác nhau (Wang et al., 1998)
Hai tiểu phần được coi là có vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sự lan truyền của rệp trong cây trồng là vùng đầu N và vùng trung tâm trong HC-Pro. Sự bảo thủ cao của 3 liên kết peptide (Lys-Ile/ Leu-Thr/Ser-Cys) được tìm thấy trong một vùng giàu Cys trong khu vực đầu N của HC-Pro (vùng “KITC”) được cho là có liên quan đến sự tương tác của các potyvirus với ngòi chích của các cá thể rệp (Yap et al., 2009). Sự đột biến từ Lys thành Glu trong vùng KITC trong HC-Pro của Potato virus C không có ảnh hưởng đến khả năng truyền tải virion của HC-pro. Tuy nhiên, các HC-Pro của PVY đã có mặt trong đường ống tiêu hóa của rệp cho thấy rằng đột biến từ Lys thành Glu của PVC lại có ảnh hưởng đến khả năng tương tác của HC-Pro với CP hay cá thể rệp. Ngược lại, sự ngăn cản khả năng lan truyền của rệp cũng như sự truyền tải các virion do các đột biến ở trình tự bảo thủ cao Pro-Thr-Lys (PTK) trong vùng trung tâm của HC-pro của ZYMV lại cho thấy rằng khu vực cho phép truyền tải virion nằm bên ngoài vùng đầu N (Cuong Viet Ha, 2007; Yap et al., 2009).
Gal-on và Raccah (2000) đã báo cáo rằng sự thay thế Ile cho Arg trong trình tự bảo thủ Phe-Arg-Asn-Lys (FRNK) ở vùng trung tâm của HC-Pro có ảnh hưởng tới sự biểu hiện triệu chứng virus ở cây trồng (Gal-on & Raccah, 2000). Dưa chuột và dưa hấu bị nhiễm với ZYMV có chứa đột biến này thì bị mất triệu chứng bệnh trong khi các triệu chứng trên bí đao lại biểu hiện ở nhiều cấp độ nặng nhẹ khác nhau mặc dù sự tích lũy virus ở các cây trồng này đều đạt đến một mức độ như nhau đối với ZYMV. Những sự thay đổi một amino acid trong HC-Pro của Plum pox virus (PPV) cũng gây
ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự biểu hiện các triệu chứng ở các cây thân thảo (Sáenz et al., 2001).
Vùng trung tâm của HC-Pro còn có vai trò trong quá trình sao chép RNA của virus, đột biến trong trình tự bảo thủ cao Ile-Gly-Asn (IGN) dẫn đến kìm hãm quá trình sao mã RNA. Mặt khác, đột biến trong trình tự bảo thủ cao Cys-Cys/Ser-Cys (CC/SC) cũng kìm hãm sự di chuyển của virus qua các tế bào (Urcuqui-Inchima et al., 2000). HC-Pro còn có vai trò ức chế một cách hiệu quả sự làm câm gen sau phiên mã (Kasschau & Carington, 2001). Kasschau & Carington (2001) đã chứng minh vai trò của HC-Pro trong sự di chuyển cũng như sao chép hệ gen của virus phụ thuộc vào sự ức chế quá trình làm câm gen sau phiên mã, các đột biến ở vùng trung tâm của HC-Pro đã gây ra những sai sót trong sự di chuyển, sao chép cũng như các sai sót trong sự ức chế quá trình làm câm gen sau phiên mã của virus (Kasschau & Carington, 2001).