9.6B: Wiroidy

Wiroidy są patogenami roślin, które składają się z krótkiego odcinka (kilkaset nukleobaz) wysoce komplementarnego, kolistego, jednoniciowego RNA bez płaszcza białkowego, który jest typowy dla wirusów. Dla porównania, genom najmniejszych znanych wirusów zdolnych do samodzielnego wywołania infekcji ma rozmiar około 2 kilobaz. Ludzki patogen, wirus zapalenia wątroby typu D, jest podobny do wiroidów. Wiroidy mają niezwykle małe rozmiary, od 246 do 467 nukleotydów (nt) długości genomu i składają się z mniej niż 10 000 atomów. Wiroidy zostały odkryte i otrzymały tę nazwę w 1971 r. przez Theodora Otto Dienera, patologa roślin z Agricultural Research Service w Maryland.

RNA wiroidów nie koduje żadnego białka. W mechanizm replikacji zaangażowana jest polimeraza RNA II, enzym normalnie kojarzony z syntezą RNA z DNA, który zamiast tego katalizuje syntezę „kręcącego się koła” nowego RNA, używając RNA wiroidów jako szablonu. Niektóre wiroidy są rybozymami, posiadającymi właściwości katalityczne, które pozwalają na samoczynne rozszczepianie i ligację genomów o jednostkowych rozmiarach z większych intermediatów replikacyjnych. Pierwszym wiroidem, który został zidentyfikowany był wiroid wrzecionowatości bulw ziemniaka (PSTVd). Zidentyfikowano około 33 gatunków.

Od dawna panuje zamieszanie co do tego, w jaki sposób wiroidy są w stanie wywoływać objawy u roślin bez kodowania jakichkolwiek produktów białkowych w swoich sekwencjach. Dowody sugerują, że w proces ten zaangażowane jest wyciszanie RNA. Po pierwsze, zmiany w genomie wiroidów mogą dramatycznie zmienić ich wirulencję. Odzwierciedla to fakt, że każdy wyprodukowany siRNA będzie miał mniej komplementarnych par zasad z docelowym messenger RNA. Po drugie, siRNA odpowiadające sekwencjom z genomów wiroidów zostały wyizolowane z zainfekowanych roślin. Wreszcie, transgeniczna ekspresja nieinfekcyjnego hpRNA wiroida wrzecionowatości bulw ziemniaka rozwija wszystkie odpowiadające mu objawy podobne do wiroidów. Dowody te wskazują, że gdy wiroidy replikują się za pośrednictwem dwuniciowego pośredniego RNA, są one namierzane przez enzym dicer i rozszczepiane na siRNA, które następnie są ładowane do kompleksu wyciszającego indukowanego RNA. SiRNA wiroidów zawierają sekwencje zdolne do komplementarnego łączenia się w pary zasad z własnymi mesenger RNA roślin, a indukcja degradacji lub hamowanie translacji jest tym, co powoduje klasyczne objawy wiroidów.

Wirusoidy są kolistymi jednoniciowymi RNA zależnymi od wirusów roślinnych w zakresie replikacji i enkapsydacji. Genom wirusoidów składa się z kilkuset nukleotydów i koduje jedynie białka strukturalne. Wirusoidy są podobne do wiroidów pod względem wielkości, struktury i sposobu replikacji. Wirusoidy, choć są przedmiotem badań wirusologii, nie są traktowane jako wirusy, lecz jako cząstki subwirusowe. Ponieważ zależą one od wirusów pomocniczych, klasyfikowane są jako satelity.

Pospiviroidae to rodzina wiroidów, w tym pierwszy odkryty wiroid, PSTVd. Ich struktura drugorzędowa jest kluczowa dla ich aktywności biologicznej. Klasyfikacja tej rodziny oparta jest na różnicach w sekwencji konserwowanego regionu centralnego. Replikacja Pospiviroidae zachodzi w sposób asymetryczny poprzez polimerazę RNA komórki gospodarza, RNazę i ligazę RNA.

Avsunviroidae są rodziną wiroidów. Obecnie znane są jej trzy rodzaje. Składają się z genomów RNA o długości 246-375 nukleotydów. Są one jednoniciowymi kowalencyjnymi kręgami i posiadają wewnątrzcząsteczkowe parowanie zasad. We wszystkich członach brakuje centralnego, konserwowanego regionu. Replikacja zachodzi w chloroplastach komórek roślinnych. Kluczowe cechy replikacji to brak konieczności stosowania wirusa pomocniczego oraz brak kodowania białek. W przeciwieństwie do innej rodziny wiroidów, Pospiviroidae, uważa się, że Avsunviroidae replikują się poprzez symetryczny mechanizm toczenia. Uważa się, że dodatnia nić RNA działa jako szablon do tworzenia nici ujemnych przy pomocy enzymu, którym jest polimeraza RNA II. Negatywne nici RNA są następnie rozszczepiane przez aktywność rybozymu i ulegają kolonizacji. Drugi mechanizm kręgu tworzy nić dodatnią, która również jest rozszczepiana przez rybozym, a następnie ligowana w celu uzyskania kolistości. Miejsce replikacji nie jest znane, ale przypuszcza się, że zachodzi ona w chloroplaście i w obecności jonów Mg2+.

Wirus słonecznej plamistości awokado (ASBV) jest ważną chorobą dotykającą drzewa awokado. Infekcje powodują obniżenie plonów i gorszą jakość owoców. ASBV jest najmniejszym znanym wiroidem infekującym rośliny, przenoszonym przez pyłek i zainfekowane nasiona lub drewno pąków. Drzewa zainfekowane wiroidem często nie wykazują żadnych objawów poza spadkiem plonów. Są one jednak nadal nosicielami i mogą przenosić chorobę na inne rośliny. Przy poważniejszych infekcjach pojawiają się podłużne, żółte smugi na owocach. Owoce mogą również przybierać czerwony lub biały kolor. Objawy na liściach są rzadkie, ale obejmują bielenie żyłek i ogonków liściowych. Prostokątne pęknięcia pojawiają się także na korze starszych gałęzi. Drzewa zainfekowane, ale bezobjawowe, mają wyższą koncentrację cząsteczek wiroidów niż te, na których występują objawy. Drzewa bez objawów stanowią również większe zagrożenie pod względem rozprzestrzeniania się wiroida.