9.6B: Viroidi

I viroidi sono patogeni delle piante che consistono in un breve tratto (poche centinaia di nucleobasi) di RNA circolare a singolo filamento altamente complementare, senza il rivestimento proteico tipico dei virus. In confronto, il genoma dei più piccoli virus conosciuti in grado di causare un’infezione da soli è di circa 2 kilobasi. L’agente patogeno umano, il virus dell’epatite D, è simile ai viroidi. I viroidi hanno dimensioni estremamente ridotte, variando da 246 a 467 nucleotidi (nt) di lunghezza del genoma e consistendo di meno di 10.000 atomi. I viroidi sono stati scoperti e gli è stato dato questo nome da Theodor Otto Diener, un patologo vegetale dell’Agricultural Research Service nel Maryland, nel 1971.

L’RNA dei viroidi non codifica per nessuna proteina. Il meccanismo di replicazione coinvolge l’RNA polimerasi II, un enzima normalmente associato alla sintesi dell’RNA messaggero dal DNA, che invece catalizza la sintesi “rolling circle” di nuovo RNA usando l’RNA del viroide come modello. Alcuni viroidi sono ribozimi, avendo proprietà catalitiche che permettono l’auto-cleavage e la legatura di genomi di dimensioni unitarie da intermedi di replicazione più grandi. Il primo viroide ad essere identificato fu il viroide dell’affusolamento del tubero della patata (PSTVd). Sono state identificate circa 33 specie.

C’è stata a lungo confusione su come i viroidi siano in grado di indurre sintomi nelle piante senza codificare alcun prodotto proteico nelle loro sequenze. Le prove ora suggeriscono che il silenziamento dell’RNA è coinvolto nel processo. In primo luogo, le modifiche al genoma del viroide possono alterare drasticamente la sua virulenza. Questo riflette il fatto che qualsiasi siRNA prodotto avrebbe meno base pairing complementare con l’RNA messaggero bersaglio. In secondo luogo, siRNA corrispondenti a sequenze di genomi di viroidi sono stati isolati da piante infette. Infine, l’espressione transgenica dell’hpRNA non infettivo del viroide del tubero della patata sviluppa tutti i sintomi corrispondenti del viroide. Queste prove indicano che quando i viroidi si replicano tramite un RNA intermedio a doppio filamento, vengono presi di mira da un enzima dicer e scissi in siRNA che vengono poi caricati sul complesso di silenziamento indotto dall’RNA. Gli siRNA dei viroidi contengono in realtà sequenze capaci di accoppiare basi complementari con gli RNA messaggeri della pianta e l’induzione della degradazione o l’inibizione della traduzione è ciò che causa i classici sintomi dei viroidi.

I virusoidi sono RNA circolari a singolo filamento dipendenti dai virus vegetali per la replicazione e l’incapsulamento. Il genoma dei virusoidi consiste di diverse centinaia di nucleotidi e codifica solo proteine strutturali. I virusoidi sono simili ai viroidi per dimensioni, struttura e mezzi di replicazione. I virusoidi, pur essendo studiati in virologia, non sono considerati come virus ma come particelle subvirali. Poiché dipendono da virus aiutanti, sono classificati come satelliti.

I Pospiviroidi sono una famiglia di viroidi, compreso il primo viroide ad essere scoperto, PSTVd. La loro struttura secondaria è la chiave della loro attività biologica. La classificazione di questa famiglia si basa sulle differenze nella sequenza della regione centrale conservata. La replicazione dei Pospiviroidi avviene in modo asimmetrico attraverso la RNA polimerasi della cellula ospite, la RNasi e la RNA ligasi.

Gli Avsunviroidi sono una famiglia di viroidi. Attualmente sono noti tre membri. Sono costituiti da genomi di RNA di lunghezza compresa tra 246-375 nucleotidi. Sono cerchi covalenti a singolo filamento e hanno un appaiamento intramolecolare delle basi. Tutti i membri mancano di una regione centrale conservata. La replicazione avviene nei cloroplasti delle cellule vegetali. Le caratteristiche chiave della replicazione includono che non è richiesto alcun virus helper e che non sono codificate proteine. A differenza dell’altra famiglia di viroidi, Pospiviroidae, si pensa che gli Avsunviroidae si replichino attraverso un meccanismo di rotolamento simmetrico. Si pensa che il filamento di RNA positivo funga da modello per formare filamenti negativi con l’aiuto di un enzima che si pensa sia la RNA polimerasi II. I filamenti negativi di RNA vengono poi scissi dall’attività del ribozima e circolarizzati. Un secondo meccanismo di cerchio rotolante forma un filamento positivo che viene anche scisso dall’attività ribozimatica e poi legato per diventare circolare. Il sito di replicazione è sconosciuto, ma si pensa che sia nel cloroplasto e in presenza di ioni Mg2+.

Il viroide del sunblotch dell’avocado (ASBV) è una malattia importante che colpisce gli alberi di avocado. Le infezioni provocano rese inferiori e frutti di qualità inferiore. L’ASBV è il più piccolo viroide conosciuto che infetta le piante e viene trasmesso dal polline e da semi o gemme infette. Gli alberi infettati dal viroide spesso non mostrano altri sintomi che una riduzione della resa. Tuttavia, sono ancora portatori e possono trasmettere la malattia ad altre piante. I sintomi nelle infezioni più gravi includono strisce longitudinali depresse di colore giallo nel frutto. Il frutto può anche diventare di colore rosso o bianco. I sintomi nella foglia sono poco comuni, ma includono vene e piccioli sbiancati. I modelli rettangolari di fessurazione si verificano anche nella corteccia dei rami più vecchi. Gli alberi infetti ma senza sintomi hanno una maggiore concentrazione di particelle di viroide rispetto a quelli che mostrano i sintomi. Gli alberi senza sintomi rappresentano anche un pericolo maggiore in termini di diffusione del viroide.