فيروس موزاييك التبغ: الخصائص والبنية والتكاثر - مادة الاحياء - 2025

و فيروس فسيفساء من السعوط (TMV من الإنجليزية التبغ فيروس موزاييك) هو فيروس RNA النبات الذي يسبب ظهور بقع بنية اللون على أوراق النباتات السعوط وغيرها من المحاصيل ذات الأهمية الاقتصادية مثل الطماطم وغيرها من الباذنجانية.

اسمها مشتق من نمط البقع التي تسببها في النباتات المصابة ، والتي توصف بأنها "فسيفساء". إنه أول فيروس تم تحديده ووصفه في الطبيعة ، أحداث وقعت بين أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين ، أي منذ أكثر من قرن.

صورة مجهرية إلكترونية لفيروس فسيفساء التبغ (المصدر: لم يتم توفير مؤلف يمكن قراءته آليًا. يفترض Chb (بناءً على مطالبات حقوق النشر). / المجال العام ، عبر ويكيميديا ​​كومنز)

تشير التقديرات إلى أن خسائر التبغ التي يسببها فيروس موزاييك التبغ تبلغ حوالي 1٪ ، حيث تتم زراعة المزيد والمزيد من النباتات المقاومة. ومع ذلك ، فإن المحاصيل الأخرى مثل الطماطم ، على سبيل المثال ، تعاني من خسائر تزيد عن 20٪ بسبب المرض الذي يسببه TMV.

تتمثل إحدى المشاكل الزراعية الرئيسية المتعلقة بهذا الفيروس في حقيقة أنه يمكن أن يعيش حتى عندما يموت النبات الذي يستضيفه ، بالإضافة إلى أنه يتحمل درجات حرارة عالية ، بحيث يتم القضاء عليه من المحصول أو من مرافق الدفيئة صعبة للغاية.

ومع ذلك ، فقد أثبت فيروس تبرقش التبغ أنه مفيد للغاية حيث:

- نموذج رمزي وتعليمي لفضح الخصائص الأساسية التي تحدد الفيروسات

- نموذج أولي للتحقيق في بيولوجيا النباتات المضيفة للطفيليات ، وخاصة التبغ

- أداة لدراسة التفاعلات بين العوامل الممرضة والمضيف وتهريب الخلايا

- أداة التكنولوجيا الحيوية للتعبير عن البروتينات ذات الأهمية الصيدلانية للتبغ.

اكتشاف

منذ التعرف عليه ، كان لفيروس تبرقش التبغ دور متعالي في تأسيس مجال علم الفيروسات ، حيث كان أول فيروس تم تحديده ووصفه في التاريخ.

بدأ كل شيء في عام 1879 ، عندما كرس الكيميائي الزراعي الألماني أدولف ماير نفسه لدراسة بعض الأمراض التي تصيب التبغ.

أثبت هذا العالم أن المرض الذي تسبب في ظهور البقع على أوراق التبغ يمكن أن ينتقل من نبات مريض إلى نبات صحي ، فقط عن طريق فرك أوراق الأخير بمستخلص الأول.

أطلق ماير على هذا اسم "مرض الفسيفساء للتبغ" واقترح في البداية أن العامل المسبب للمرض (الذي أنتجه) من أصل بكتيري ، على الرغم من أنه لم يستطع عزله أو زراعته بشكل تجريبي في المختبر.

هيكل فيروس موزاييك التبغ. 1) RNA أحادي السلسلة ، 2) Capsomer أو protomer ، الوحدة الفرعية لبروتين CP capsid ، و 3) هيكل Capsid (المصدر: Y_tambe / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/) 3.0) عبر ويكيميديا ​​كومنز)

اكتشاف الفيروس الأول

يعود الفضل في اكتشاف الجسيمات الفيروسية إلى ديمتري إيفانوفسكي ، عالم الأحياء الدقيقة الروسي الذي حقق في مرض فسيفساء التبغ بين عامي 1887 و 1890 ، ووجد أن العامل المسبب للمرض كان صغيرًا جدًا بحيث يمكن أن يمر عبر المسام الصغيرة مرشح الخزف ، حيث لا يمكن للبكتيريا أن تمر.

مع هذا الحدث ، قرر إيفانوفسكي أن المرض كان بسبب "فيروس قابل للتصفية" ، أخذ مصطلح "فيروس" من الكلمة اللاتينية التي تعني "سم".

تم تأكيد أعمال إيفانوفسكي لاحقًا ، في عام 1895 ، من قبل الهولندي ويليم بيجيرينك ، الذي أظهر الانتقال التسلسلي للفيروس (من نبات إلى آخر) باستخدام النسغ المصفاة للنباتات المريضة.

ساعد عمل Beijerinck أيضًا في إثبات أنه لم يكن مجرد مادة سامة كيميائية ، بل عامل حي قادر على التكاثر الذاتي.

بين عامي 1927 و 1931 قام عالمان من معهد بويس طومسون في فيلادلفيا ، وهما فينسون وبيتري ، بتركيز الفيروس عن طريق الترسيب باستخدام الطرق المستخدمة لتنقية البروتين.

في وقت لاحق ، في عام 1935 ، قام ستانلي بتنقية الفيروس وتمكن من تبلور جزيئات شديدة النشاط ومعدية على شكل إبرة ، مما يمثل حدثًا غير مسبوق يمكن أن يحدث فيه كيان "حي" في حالة بلورية.

بعد سنوات ، وبالتعاون مع العديد من العلماء وعملهم ، تم تحديد أن فيروس موزاييك التبغ هو فيروس RNA أحادي النطاق ، ذو مظهر خيطي أو مورفولوجيا.

مميزات

- هو فيروس RNA أحادي النطاق تكون جزيئاته أو جزيئاته الفيروسية على شكل قضيب

- الجينوم الخاص به ، وكذلك معظم الفيروسات ، محمي بطبقة بروتينية

- ينتمي إلى فصيلة Virgaviridae وإلى جنس Tobamovirus

- يصيب نباتات التبغ وكذلك بعض النباتات ذات الصلة ، خاصة الباذنجان (البطاطس ، الطماطم ، الباذنجان ، إلخ) ، مضيفا أكثر من 200 مضيف محتمل

- إنه مستقر للغاية ويمكن أن يبقى على الأسطح المختلفة لفترة طويلة

- في النباتات المصابة ، يتراكم هذا الفيروس في عيارات عالية بشكل ملحوظ

- الأعراض التي تسببها في النباتات المريضة ملحوظة ويسهل التعرف عليها

بناء

إن فيروس موزاييك التبغ ، كما ذكرنا ، هو فيروس RNA أحادي الجديلة (وحيد الخيط) RNA جزيئاته الفيروسية على شكل قضيب.

مخطط معمم لهيكل فيروس فسيفساء التبغ ، TMV (المصدر: TMV_Structure.png: Graham Colm Talk كان القائم بالتحميل الأصلي GrahamColm في Wikipedia.derivative work: Arnaugir / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses) /by-sa/3.0) عبر ويكيميديا ​​كومنز)

غطاء بروتين

يتم إعطاء التركيبة المميزة لكل جسيم فيروسي بواسطة غلاف بروتيني يتكون من لولب أيمن من الوحدات الفرعية لبروتين يعرف باسم "بروتين الغلاف".

يحتوي هذا المغلف على ما يقرب من 2130 وحدة بروتينية فرعية ، والتي تُترجم إلى جسيم فيروسي يبلغ متوسط ​​طوله 300 نانومتر ، وقطره 18 نانومتر ، ومركز مجوف يبلغ نصف قطره 2 نانومتر ، حيث يحتل الجينوم نصف قطر قريب من 4 نانومتر.

منظر علوي لغطاء بروتين TMV (المصدر: مؤلفو الترسيب: Stubbs، G.، Pattanayek، R.، Namba، K. ؛ مؤلف التصور: المستخدم: Astrojan / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by /4.0) عبر ويكيميديا ​​كومنز)

الجينوم

يقع الحمض النووي الريبي الجينومي بين المنعطفات المتتالية للحلزون الذي يتكون من الغلاف ، حيث ينضم ثلاثة من نيوكليوتيداته إلى كل وحدة فرعية بروتينية ، وبالتالي يظل مغطى بالبروتين بالكامل.

يبلغ طول هذا الجينوم 6،395 نيوكليوتيدات وله "غطاء" مقلوب مكون من 7 ميثيل غوانوزين متصل بنهايته 5 بوصات عبر رابطة ثلاثية الفوسفات.

تتوافق المعلومات المشفرة في جينوم TMV مع 4 جينات تشفر 4 منتجات مختلفة:

- بروتينان مرتبطان بالتكاثر ، أحدهما 126 كيلو دالتون والآخر 183 كيلو دالتون ، مترجمان مباشرة من RNA الفيروس

- بروتين حركي (MP ، من بروتين الحركة الإنجليزية) وبروتين هيكلي أو غلاف (CP ، من بروتين المعطف الإنجليزي) ، والتي تُترجم من RNAs "subgenomic"

تتضمن عدوى TMV الناجحة تعاون هذه المنتجات الأربعة متعددة الوظائف مع العديد من المكونات الخلوية للنبات المضيف ، وخاصة غشاء الخلية والهيكل الخلوي.

تكرار

لفهم آلية النسخ المتماثل لـ TMV ، من الضروري فهم بعض جوانب الإصابة بهذا الفيروس.

العدوى الأولية

يدخل TMV إلى النبات فقط من خلال الجروح الميكانيكية التي "تفتح" مؤقتًا غشاء البلازما أو تسبب أحداث كثرة الخلايا.

يمكن أن تحدث العدوى من الجروح الناتجة عن التعامل مع الأيدي المصابة ومن خلال أدوات التقليم المصابة ، وما إلى ذلك ، ولكن نادرًا ما تنتقل عن طريق الحشرات.

بمجرد دخول العصارة الخلوية ، تتفكك الجزيئات الفيروسية وتطلق الحمض النووي الريبي الجيني الخاص بها ، والذي تتعرف عليه الخلية على أنه الحمض النووي الريبي الخاص بها ويتم ترجمته بواسطة إنزيمات عصارية خلوية متخصصة لهذا الغرض.

يعتبر "غطاء" الميثيل غوانوزين للحمض النووي الريبي الجينومي TMV ذو أهمية قصوى لهذه العملية ، حيث إنه يدير "تجاوز" نظام "المراقبة" للخلية ويعزز تفاعلها مع المكونات الخلوية الأخرى.

يزداد عدد الجزيئات الفيروسية المجمعة بسرعة ويمكن أن تترك الخلية المصابة وتصيب الخلايا المجاورة الأخرى من خلال plasmodesmata ، وهي "قنوات" تربط العصارة الخلوية للخلية بالخلايا المحيطة بها.

في النهاية ، تصل الجزيئات الفيروسية إلى نظام إزاحة النبات ، أي نسيج الخشب واللحاء ، وبالتالي تنتشر في جميع أنحاء النبات.

كيف هي عملية النسخ المتماثل؟

يستخدم فيروس فسيفساء التبغ الجينوم الخاص به كقالب لتجميع السلاسل التكميلية السلبية التي تعمل كقالب لتركيب عدد كبير من الخيوط الإيجابية.

تُستخدم هذه القوالب أيضًا لتخليق الرنا المرسال "الجينومي" الذي يحتوي على إطارات القراءة المفتوحة لبروتينات MP و CP.

يحتوي البروتينان المرتبطان بالنسخ المتماثل المشفّران في الحمض النووي الريبي الجينومي TMV على مجالات ميثيل ترانسفيراز وهليكسز و RNA بوليميريز المعتمدة على الحمض النووي الريبي.

يبدو أن النسخ المتماثل يحدث في معقد مرتبط بغشاء الشبكة الإندوبلازمية الذي يحتوي على هذه البروتينات ، وبروتين الحركة (MP) ، والحمض النووي الريبي الفيروسي ، وبروتينات مضيفة نباتية أخرى.

الأعراض

تختلف أعراض فيروس موزاييك التبغ بشكل كبير من نوع نباتي إلى آخر. بعبارة أخرى ، تعتمد بشكل كبير على نوع النبات المضيف ، علاوة على ذلك ، على سلالة الفيروس ، على "الخلفية" الجينية للنبات وعلى الظروف البيئية التي توجد فيها.

صورة لأوراق نبات التبغ المصاب بـ TMV (المصدر: مجموعة شرائح RJ Reynolds Tobacco Company / المجال العام ، عبر ويكيميديا ​​كومنز)

تظهر الأعراض عادة بعد حوالي 10 أيام من الإصابة الأولية وهي:

- ظهور بقع بنية أو صفراء مع مربية تشبه الفسيفساء على شفرات الأوراق

- التنخر

- توقف النمو

- تجعيد الأوراق

- اصفرار الأنسجة

- قلة الغلة في إنتاج الثمار وحتى ظهور الثمار التالفة والمشوهة

- تاخير نضج الثمار

- لون الثمار غير متجانس (خاصة في الطماطم)

المراجع

1. بتلر ، PJG (1999). التجميع الذاتي لفيروس تبرقش التبغ: دور الركام الوسيط في توليد كل من الخصوصية والسرعة. المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية في لندن. السلسلة ب: العلوم البيولوجية ، 354 (1383) ، 537-550.
2. ليو ، سي ، ونيلسون ، آر إس (2013). بيولوجيا الخلية لتكاثر وحركة فيروس موزاييك التبغ. الحدود في علم النبات ، 4 ، 12.
3. مفوثي ، ب. (2017). أعراض فيروس موزاييك التبغ وانتقاله وإدارته. فارمر ويكلي ، 2017 (17014) ، 60-61.
4. ريفكيند ، دي ، وفريمان ، جي (2005). الاكتشافات الحائزة على جائزة نوبل في الأمراض المعدية. إلسفير.
5. شولثوف ، KBG (2000). دروس في أمراض النبات: فيروس فسيفساء التبغ. صحة النبات Instr.
6. شولثوف ، KBG (2004). فيروس موزاييك التبغ: نظام نموذجي لبيولوجيا النبات. Annu. القس فيتوباثول ، 42 ، 13-34.