Wiroidy – najmniejsze patogeny RNA: charakterystyka, skutki i przykłady

Wiroidy — najmniejsze patogeny RNA: charakterystyka, skutki dla roślin, straty w uprawach i przykłady najgroźniejszych gatunków. Poznaj objawy i sposoby ochrony upraw.

Wiroidy są najmniejszymi znanymi patogenami zakaźnymi. Składają się wyłącznie z krótkich nici kolistego, jednoniciowego RNA bez płaszcza białkowego. Są to głównie patogeny roślin (choroby roślin), z których niektóre mogą powodować istotne straty w uprawach. Genomy wiroidów mają bardzo małe rozmiary – zwykle mieszczą się w zakresie około 250–400 nukleotydów, co czyni je około 80 razy mniejszymi od najmniejszego znanego wirusa. Wiroidy nie kodują białek ani nie tworzą kapsydu; ich zakaźność i replikacja opierają się całkowicie na interakcji z komórkowymi enzymami gospodarza. Ludzki patogen wirus zapalenia wątroby typu D (HDV) jest często wymieniany jako organizm o pewnych podobieństwach do wiroidów (małe, koliste RNA), ale w odróżnieniu od wiroidów HDV koduje białko (antygen delta) i jest defektywnym wirusem wymagającym osłonki dostarczanej przez wirusa zapalenia wątroby typu B.

Wiroidy były pierwszymi "subwirusowymi patogenami" odkrytymi i nazwanymi przez Theodora Otto Dienera. Był on patologiem roślin w Centrum Badawczym Departamentu Rolnictwa USA w Beltsville, Maryland, a odkrycie datuje się na 1971 rok. Pierwszym zidentyfikowanym wiroidem był wiroid wrzecionowatości bulw ziemniaka (PSTVd). Do tej pory zidentyfikowano około 33 gatunków. Poniżej przedstawiono rozszerzone informacje o budowie, replikacji, systematyce, objawach i metodach kontroli.

Budowa i mechanizm replikacji

Budowa: Wiroidy to koliste, jednoniciowe RNA o bardzo zwartej strukturze wtórnej (często „pręcikowo-spiralna”/rod-like), stabilizowanej poprzez parowanie zasad w obrębie cząsteczki. Nie posiadają otoczki białkowej ani genów kodujących białka. W obrębie różnych grup występują charakterystyczne regiony konserwowane sekwencyjnie, np. Central Conserved Region (CCR) w rodzinie Pospiviroidae.

Replikacja: Wiroidy replikują się przy użyciu enzymów gospodarza. Mechanizm przypomina replikację typu rolling-circle:

• w zależności od grupy wiroidów replikacja odbywa się w jądrze komórkowym lub chloroplastach,
• u przedstawicieli rodziny Pospiviroidae replikacja zachodzi w jądrze i korzysta z polimerazy RNA zależnej od DNA gospodarza (RNA pol II) działającej w sposób „niezależny od matrycy białkowej”,
• rodzina Avsunviroidae replikuje się w chloroplastach i zawiera aktywne elementy rybozymowe (np. motyw hammerhead), które same katalizują cięcie i ligację kopii RNA.

Systematyka i przykłady

Wiroidy klasyfikuje się w kilku rodzinach i rodzajach, w zależności od miejsca replikacji, struktury i obecności rybozymów. Do dobrze poznanych przykładów należą:

• Potato spindle tuber viroid (PSTVd) – pierwsze odkrycie, silnie patogenny dla ziemniaka i pomidora, powoduje wrzecionowatość bulw i karłowatość;
• Hop stunt viroid (HSVd) – atakuje chmiel, winorośl, morele i inne rośliny;
• Citrus exocortis viroid (CEVd) – powoduje exocortis u cytrusów;
• Avocado sunblotch viroid – powoduje przebarwienia skórki i obniżenie plonów awokado;
• CSVd (Chrysanthemum stunt viroid) – powoduje zahamowanie wzrostu chryzantem.

Objawy i znaczenie gospodarcze

Objawy infekcji wiroidowych są zróżnicowane i zależą od gatunku wiroida oraz gospodarza. Mogą obejmować:

• karłowatość i zahamowanie wzrostu,
• zmiany kształtu liści (skręcenie, marszczenie),
• plamistości, chlorozę, nekrozę tkanek,
• obniżenie jakości i ilości plonów (np. mniejsze bulwy ziemniaka, mniej owoców).

Przenoszenie i zapobieganie

Przenoszenie: Wiroidy rozprzestrzeniają się głównie mechanicznie i przez materiały roślinne:

• wegetatywne rozmnażanie (sadzeniaki, szczepy, sadzonki, podkładki),
• zabrudzone narzędzia, maszyny, ręce pracowników,
• pollen i nasiona (dla niektórych gatunków),
• graftowanie oraz rzadziej wektory owadzie (epidemiologia zależna od gatunku).

Zapobieganie i zwalczanie:

• stosowanie zdrowego, certyfikowanego materiału sadzeniakowego i nasadzeń,
• kwarantanna i monitorowanie nowych plantacji,
• nadzór fitosanitarny oraz usuwanie zainfekowanych roślin,
• dezynfekcja narzędzi i sprzętu, szkolenia dla pracowników,
• uprawa odpornych odmian tam, gdzie są dostępne,
• metody in vitro (bezpłciowa regeneracja roślin, terapia termiczna, oczyszczanie materiału przez kulturę merystematyczną) w celu uzyskania wolnego od wiroidów materiału rozmnożeniowego.

Diagnostyka

Rozpoznanie wiroidów opiera się na metodach molekularnych i biologicznych:

• RT‑PCR i sekwencjonowanie – najdokładniejsze metody identyfikacji gatunku,
• hybrydyzacja z sondami molekularnymi,
• elektroforeza i northern blot do wykrywania RNA wiroidowego,
• testowanie wrażliwości i przesiew biologiczny poprzez inokulację wskaźnikowych roślin.

Znaczenie naukowe i ewolucyjne

Wiroidy stanowią interesujący obiekt badań dotyczących ewolucji RNA, mechanizmów regulacji genów i interakcji gospodarza z patogenem. Ich zdolność do samoprzylegania, skomplikowane struktury wtórne oraz obecność rybozymów u niektórych grup dostarczyły ważnych informacji o możliwych pierwotnych formach życia opartego na RNA.

Podsumowując, wiroidy to proste, ale biologicznie fascynujące patogeny roślinne o dużym znaczeniu praktycznym. Skuteczna kontrola polega głównie na profilaktyce, monitoringu i stosowaniu zdrowego materiału rozmnożeniowego.

Pytania i odpowiedzi

P: Czym są wiroidy?

P: Jakie choroby wywołują wiroidy?

P: Jak duże są genomy wiroidów?

P: Jaki ludzki patogen jest podobny do wiroidów?

P: Kto odkrył i nazwał wiroidy?

P: Jaki był pierwszy zidentyfikowany wiroid?

P: Ile gatunków wiroidów zostało zidentyfikowanych?

Szukaj według litery