9.6B: Viroïden

Viroïden zijn plantpathogenen die bestaan uit een korte strook (een paar honderd nucleobasen) van zeer complementair, cirkelvormig, enkelstrengs RNA zonder de eiwitmantel die typisch is voor virussen. Ter vergelijking: het genoom van de kleinste bekende virussen die zelf een infectie kunnen veroorzaken, is ongeveer 2 kilobasen groot. De menselijke ziekteverwekker Hepatitis D-virus is vergelijkbaar met viroïden. Viroïden zijn extreem klein in omvang, variërend van een 246 tot 467 nucleotide (nt) lang genoom en bestaande uit minder dan 10.000 atomen. Viroïden werden ontdekt en kregen deze naam in 1971 van Theodor Otto Diener, een plantenpatholoog bij de Agricultural Research Service in Maryland.

Viroïd RNA codeert niet voor enig eiwit. Bij het replicatiemechanisme is RNA polymerase II betrokken, een enzym dat normaliter wordt geassocieerd met de synthese van boodschapper-RNA uit DNA, maar dat in plaats daarvan de “rolling circle” synthese van nieuw RNA katalyseert met gebruikmaking van het RNA van de viroïde als sjabloon. Sommige viroïden zijn ribozymen, met katalytische eigenschappen die zelf-splitsing en ligatie van genoom-eenheden uit grotere replicatie-tussenproducten mogelijk maken. De eerste viroïde die werd geïdentificeerd was de potato spindle tuber viroid (PSTVd). Er zijn ongeveer 33 soorten geïdentificeerd.

Er is lang verwarring geweest over hoe viroïden symptomen in planten kunnen induceren zonder dat hun sequentie codeert voor eiwitproducten. Er zijn nu aanwijzingen dat RNA-silencing bij dit proces betrokken is. Ten eerste kunnen wijzigingen in het genoom van de viroïde de virulentie ervan drastisch veranderen. Dit is het gevolg van het feit dat de geproduceerde siRNA’s minder complementaire basenparen hebben met het boodschapper-RNA van het doelwit. Ten tweede zijn uit geïnfecteerde planten siRNA’s geïsoleerd die overeenkomen met sequenties uit viroïde-genomen. Tenslotte ontwikkelt transgene expressie van het niet-infectieuze hpRNA van potato spindle tuber viroid alle overeenkomstige viroïde-achtige symptomen. Deze gegevens wijzen erop dat wanneer viroïden zich via een dubbelstrengs intermediair RNA repliceren, zij door een dicer-enzym worden gekliefd en tot siRNA’s worden gesplitst die vervolgens op het RNA-geïnduceerde silencing complex worden geladen. De viroid siRNA’s bevatten sequenties die complementaire basenparen kunnen vormen met de eigen boodschapper-RNA’s van de plant en de klassieke viroid-symptomen worden veroorzaakt door inductie van de afbraak of remming van de translatie.

Virusoïden zijn circulaire enkelstrengs RNA’s die voor replicatie en encapsidatie afhankelijk zijn van plantenvirussen. Het genoom van virusoïden bestaat uit enkele honderden nucleotiden en codeert alleen voor structurele eiwitten. Virusoïden zijn vergelijkbaar met viroïden wat betreft omvang, structuur en wijze van replicatie. Hoewel virusoïden in de virologie worden bestudeerd, worden zij niet als virussen beschouwd maar als subvirale deeltjes. Aangezien zij afhankelijk zijn van helpervirussen, worden zij geclassificeerd als satellieten.

De Pospiviroidae vormen een familie van viroïden, waaronder de eerste viroïde die werd ontdekt, PSTVd. Hun secundaire structuur is de sleutel tot hun biologische activiteit. De classificatie van deze familie is gebaseerd op verschillen in de geconserveerde sequentie van de centrale regio. De replicatie van Pospiviroidae gebeurt op asymmetrische wijze via RNA-polymerase, RNase en RNA-ligase van de gastheercel.

De Avsunviroidae zijn een familie van viroïden. Op dit moment zijn er drie leden bekend. Zij bestaan uit RNA-genomen met een lengte van 246-375 nucleotiden. Zij zijn eenstrengs covalente cirkels en hebben intramoleculaire basenparen. Alle leden missen een centrale geconserveerde regio. Replicatie vindt plaats in de chloroplasten van plantencellen. Belangrijke kenmerken van de replicatie zijn dat er geen helpervirus nodig is en dat er geen eiwitten worden gecodeerd. In tegenstelling tot de andere familie van viroïden, de Pospiviroidae, wordt aangenomen dat Avsunviroidae zich via een symmetrisch rolmechanisme vermenigvuldigen. Aangenomen wordt dat de positieve RNA-streng als sjabloon fungeert om negatieve strengen te vormen met behulp van een enzym dat RNA polymerase II zou zijn. De negatieve RNA-strengen worden vervolgens gesplitst door ribozymactiviteit en cirkelen rond. Een tweede rolcirkelmechanisme vormt een positieve streng die ook door ribozymactiviteit wordt gesplitst en vervolgens wordt geligeerd om circulair te worden. De plaats van replicatie is onbekend, maar men denkt dat deze zich in de chloroplast en in aanwezigheid van Mg2+ ionen bevindt.

Avocado sunblotch viroid (ASBV) is een belangrijke ziekte die avocadobomen treft. Infecties resulteren in een lagere opbrengst en een slechtere kwaliteit fruit. ASBV is de kleinst bekende viroïde die planten infecteert en wordt overgedragen door stuifmeel en geïnfecteerde zaden of knoppenhout. Bomen die met het viroïde besmet zijn, vertonen vaak geen andere symptomen dan een verminderde opbrengst. Ze zijn echter wel dragers en kunnen de ziekte op andere planten overdragen. Symptomen bij ernstigere infecties zijn onder meer langwerpige, gele strepen in de vrucht. De vrucht kan ook rood of wit van kleur worden. Symptomen in het blad zijn zeldzaam, maar omvatten gebleekte nerven en bladstelen. Rechthoekige scheurpatronen komen ook voor in de schors van oudere takken. Geïnfecteerde maar symptoomloze bomen hebben een hogere concentratie viroïde deeltjes dan bomen met symptomen. Symptoomloze bomen vormen ook een groter gevaar voor de verspreiding van de viroïde.