9.6B: Viroide

Viroide sind pflanzliche Krankheitserreger, die aus einem kurzen Abschnitt (ein paar hundert Nukleobasen) hochkomplementärer, zirkulärer, einzelsträngiger RNA ohne die für Viren typische Proteinhülle bestehen. Im Vergleich dazu ist das Genom der kleinsten bekannten Viren, die selbst eine Infektion verursachen können, etwa 2 Kilobasen groß. Der menschliche Erreger Hepatitis-D-Virus ist den Viroiden ähnlich. Viroide sind extrem klein, ihr Genom ist zwischen 246 und 467 Nukleotiden (nt) lang und besteht aus weniger als 10.000 Atomen. Viroide wurden 1971 von Theodor Otto Diener, einem Pflanzenpathologen am Agricultural Research Service in Maryland, entdeckt und so benannt.

Viroide RNA kodiert für kein Protein. Am Replikationsmechanismus ist die RNA-Polymerase II beteiligt, ein Enzym, das normalerweise mit der Synthese von Boten-RNA aus der DNA assoziiert ist, das aber stattdessen die „Rolling-Circle“-Synthese neuer RNA katalysiert, wobei die RNA des Viroids als Vorlage dient. Einige Viroide sind Ribozyme, die katalytische Eigenschaften haben, die eine Selbstspaltung und Ligation von Genomeinheiten aus größeren Replikationsintermediaten ermöglichen. Das erste Viroid, das identifiziert wurde, war das Kartoffelspindelknollenviroid (PSTVd). Inzwischen wurden 33 Arten identifiziert.

Lange Zeit herrschte Verwirrung darüber, wie Viroide in der Lage sind, Symptome in Pflanzen zu induzieren, ohne dass ihre Sequenzen irgendwelche Proteinprodukte kodieren. Jetzt gibt es Hinweise darauf, dass RNA-Silencing an diesem Prozess beteiligt ist. Erstens können Veränderungen am Genom des Viroids seine Virulenz dramatisch verändern. Dies spiegelt die Tatsache wider, dass alle produzierten siRNAs weniger komplementäre Basenpaarungen mit der Ziel-Messenger-RNA aufweisen würden. Zweitens wurden siRNAs, die Sequenzen aus Viroidgenomen entsprechen, aus infizierten Pflanzen isoliert. Schließlich entwickelt die transgene Expression der nicht-infektiösen hpRNA des Kartoffelspindelknollenviroids alle entsprechenden viroidähnlichen Symptome. Diese Beweise deuten darauf hin, dass Viroide, wenn sie sich über eine doppelsträngige Zwischen-RNA replizieren, von einem Dicer-Enzym angegriffen und in siRNAs gespalten werden, die dann auf den RNA-induzierten Silencing-Komplex geladen werden. Die viroiden siRNAs enthalten tatsächlich Sequenzen, die zur komplementären Basenpaarung mit den pflanzeneigenen Boten-RNAs fähig sind, und die Induktion des Abbaus oder die Hemmung der Translation ist das, was die klassischen viroiden Symptome verursacht.

Virusoide sind zirkuläre einzelsträngige RNAs, die zur Replikation und Verkapselung von Pflanzenviren abhängig sind. Das Genom von Virusoiden besteht aus mehreren hundert Nukleotiden und kodiert nur für Strukturproteine. Virusoide ähneln den Viroiden in Größe, Struktur und Art der Replikation. Virusoide werden in der Virologie zwar untersucht, aber nicht als Viren, sondern als subvirale Partikel betrachtet. Da sie von Helferviren abhängig sind, werden sie als Satelliten klassifiziert.

Die Pospiviroidae sind eine Familie von Viroiden, darunter das erste entdeckte Viroid, PSTVd. Ihre Sekundärstruktur ist der Schlüssel für ihre biologische Aktivität. Die Klassifizierung dieser Familie basiert auf Unterschieden in der konservierten Sequenz der zentralen Region. Die Replikation der Pospiviroidae erfolgt asymmetrisch über die RNA-Polymerase der Wirtszelle, RNase und RNA-Ligase.

Die Avsunviroidae sind eine Familie von Viroiden. Gegenwärtig sind drei Mitglieder bekannt. Sie bestehen aus RNA-Genomen mit einer Länge von 246-375 Nukleotiden. Sie sind einzelsträngige kovalente Kreise und haben intramolekulare Basenpaarung. Allen Mitgliedern fehlt eine zentrale konservierte Region. Die Replikation erfolgt in den Chloroplasten der Pflanzenzellen. Zu den Hauptmerkmalen der Replikation gehört, dass kein Helfervirus benötigt wird und keine Proteine kodiert werden. Im Gegensatz zu der anderen Familie der Viroide, den Pospiviroidae, wird angenommen, dass Avsunviroidae über einen symmetrischen Rollmechanismus replizieren. Es wird angenommen, dass der positive RNA-Strang als Vorlage dient, um mit Hilfe eines Enzyms, bei dem es sich vermutlich um die RNA-Polymerase II handelt, negative Stränge zu bilden. Die negativen RNA-Stränge werden dann durch Ribozymaktivität gespalten und zirkulieren. Ein zweiter Rolling-Circle-Mechanismus bildet einen positiven Strang, der ebenfalls durch Ribozymaktivität gespalten und dann ligiert wird, um zirkulär zu werden. Der Ort der Replikation ist unbekannt, aber man vermutet, dass er im Chloroplasten und in Gegenwart von Mg2+-Ionen liegt.

Avocado Sunblotch Viroid (ASBV) ist eine wichtige Krankheit, die Avocadobäume befällt. Infektionen führen zu geringeren Erträgen und schlechterer Fruchtqualität. ASBV ist das kleinste bekannte Viroid, das Pflanzen infiziert und durch Pollen und infizierte Samen oder Knospenholz übertragen wird. Bäume, die mit dem Viroid infiziert sind, zeigen oft keine anderen Symptome als eine Ertragsminderung. Sie sind aber dennoch Überträger und können die Krankheit auf andere Pflanzen übertragen. Zu den Symptomen bei schwereren Infektionen gehören gedrückte, gelbe Längsstreifen in der Frucht. Die Früchte können sich auch rot oder weiß verfärben. Symptome im Blatt sind ungewöhnlich, umfassen aber gebleichte Adern und Blattstiele. Rechteckige Rissmuster treten auch in der Rinde älterer Äste auf. Infizierte, aber symptomlose Bäume weisen eine höhere Konzentration an Viroidpartikeln auf als solche, die Symptome zeigen. Symptomlose Bäume stellen auch eine größere Gefahr in Bezug auf die Ausbreitung des Viroids dar.