植物病毒的復制與增殖

1、第二節(jié) 植物病毒的復制與增殖,,一、植物病毒遺傳信息的傳遞與表達,當病毒侵染植物以后，病毒在細胞中的增殖過程可以體現(xiàn)在以下兩個方面：1、病毒具有復制其自身相同基因組的行為，即這種從親代向子代病毒傳送核酸性狀的過程，稱作病毒的基因傳遞(gene transmission).2、病毒具有按照信使核糖核酸(mRNA)的堿基序列來合成病毒自身?；缘鞍椎倪^程，稱作病毒的基因表達(gene expression) (下圖),翻譯,病毒專化

2、蛋白,轉(zhuǎn)錄,轉(zhuǎn)錄,逆轉(zhuǎn)錄,,(一)病毒基因組的復制： 植物病毒與一般細胞生物遺傳信息傳遞的主要不同點是反轉(zhuǎn)錄的出現(xiàn)，有的病毒的RNA可以在病毒編碼的反轉(zhuǎn)錄酶的作用下，變成互補的DNA鏈。大部分植物病毒的核酸復制仍然是由RNA復制RNA。,,病毒核酸的復制過程：寄主提供復制的場所(通常是在細胞質(zhì)或細胞核內(nèi))復制所需的原材料和能量、部分寄主編碼的酶以及膜系統(tǒng)。病毒自身提供的主要是模板核酸和專化的聚合酶(polymerase)，也稱

3、復制酶(或其亞基)。,1、正單鏈RNA (positive single strand RNA, +ssRNA)病毒：,其單鏈RNA可以直接翻譯蛋白，起mRNA的作用，故稱為+ssRNA病毒。這是最主要的病毒類型，70%以上的引起重要病害常見得植物病毒均為此種核酸類型，如煙草花葉病毒屬的TMV、黃瓜花葉病毒屬的CMV、馬鈴薯X病毒屬的PVX和馬鈴薯Y病毒屬的PVY等?？捎懈鞣N球形或長條形粒體形狀。,2、負單鏈RNA (negative

4、single strand RNA, -ssRNA )病毒：,其單鏈RNA不能起mRNA的作用，必需先轉(zhuǎn)錄成互補鏈，才能翻譯蛋白，故稱為-ssRNA病毒，只有植物彈狀病毒的二個屬，也引起重要的植物病害，如小麥叢矮病毒(WRDV)。粒體形態(tài)為短狀粗的子彈狀或桿菌狀，外面有囊膜。,3、雙鏈RNA( double strand RNA, dsRNA) 病毒：,因其核酸為互補的RNA而得名。其中的負鏈RNA轉(zhuǎn)錄出正鏈RNA，才能作為mRNA的

5、翻譯蛋白。呼腸孤病毒科(Reoviridae)和分體病毒科(Partitiviridae)四個屬的病毒為此種核酸類型。重要的植物呼腸孤病毒為水稻矮縮病毒(RDV)和玉米粗縮病毒(MRDV)。該科病毒粒體為直徑50nm的多面體，雙鏈核酸分成10~12段包在同一粒體中。,4、單鏈DAN(ssDNA)病毒：,由于DNA不能直接作為RNA而起作用，所以DNA病毒無+、-之分。單鏈DNA病毒僅有雙聯(lián)病毒(Geminiviridae)一科，為最小的

6、球形粒體，由直徑17nm的兩個不完全等面體結(jié)合而成，復制時單鏈DNA先合成雙鏈DNA，以常規(guī)途徑轉(zhuǎn)錄mRNA。,5、雙鏈DNA（dsDNA）：,與高等動植物相同。 為互補的雙鏈DNA。花椰菜花葉病毒屬(Caulimovirus)和桿狀病毒屬(Badnavirus)為此種類型?；ㄒ嘶ㄈ~病毒為直徑為50nm的球形粒體，含有雙鏈、環(huán)狀DNA分子。,(二)、植物病毒的增殖,植物病毒作為一種分子寄生物，沒有細胞結(jié)構(gòu)像真菌那樣具有復雜的繁殖

7、器官，也不像細菌那樣進行裂殖生長，而是分別合成核酸和蛋白組分再組裝成子代粒體。這種特殊的繁殖方式稱為復制增殖 .,,病毒,子代病毒,以(+)ssRNA病毒的核酸復制為例，介紹病毒復制的一般過程。,1、進入活細胞并脫殼：植物病毒以被動方式通過微傷(機械傷或介體造成傷口)直接進入活細胞，2、并釋放核酸，釋放核酸的過程也稱為脫殼(uncoating)(圖中第1、2步)。 3、 核酸復制和基因表達：核酸復制是傳遞遺傳信息的中心環(huán)節(jié)，包括產(chǎn)生

8、子代病毒的核酸，和產(chǎn)生翻譯病毒蛋白質(zhì)的mRNA。脫殼后的病毒核酸直接作為mRNA，利用寄主提供的核糖體、tRNA、氨基酸等物質(zhì)和能量，翻譯形成病毒專化的RNA依賴性RNA聚合酶(RNA—dependent RNA polymerase，RdRp)(圖中第3步),,4、在聚合酶作用下，以正鏈RNA為模板，復制出負鏈RNA(第4步)；5、再以負鏈RNA為模板，復制出一些亞基因組核酸(第5步左)，同時大量復制出正鏈RNA(第5步右)；6、

9、亞基因組核酸翻譯出3種蛋白，包括衣殼蛋白(第6步)。7、病毒粒體的裝配和轉(zhuǎn)移合成的正鏈RNA與衣殼蛋白進行裝配，成為完整的子代病毒粒體(第7步)。8、子代病毒粒體可不斷增殖并通過胞間聯(lián)絲進行擴散轉(zhuǎn)移(第8步)。,一、定義和一般特性（一）、定義：1、傳播：病毒是專性寄生物，在自然界生存發(fā)展必須在寄主間轉(zhuǎn)移，植物病毒從一植物轉(zhuǎn)移或擴散到其它植物的過程稱為傳播(transmission)。根據(jù)自然傳播方式的不同，可分為介體傳播和非介體

10、的傳播兩類。,第三節(jié) 植物病毒的傳播和移動,,(1)、介體傳播(vector transmission)：是指病毒依附在其它生物體上，借其它生物體的活動而進行的傳播及侵染。包括動物介體和植物介體兩類。(2)、非介體傳染：在病毒傳遞中沒有其它有機體介入的傳播方式稱為非介體傳播，包括汁液接觸傳播、嫁接傳播和花粉傳播。病毒隨種子和無性繁殖材料傳帶而擴大分布的情況則是一種非介體傳播。,,2、移動：從植物的一個局部到另一局部的過程稱為移動(mo

11、vement)。因此，傳播是病毒在植物群體中的轉(zhuǎn)移。而移動是病毒在個體中的位移。,（二）、一般特性：,傳播實驗：是鑒定病毒的必要手段(1)、植物病毒的有效傳播，近距離主要依靠活體接觸摩擦而傳播，遠距離則依靠寄主繁殖材料和傳毒介體的傳帶。 (2)、了解傳播的意義：了解植物病毒的自然傳播方式，不僅對病害的控制具有重要意義，而且對于植物病毒的鑒定和分類具有很高的價值。,二、介體傳播,（一）、介體傳播的基本概念1、介體傳毒過程：介體傳毒

12、過程可分為幾個時期。(1)、獲毒(取食)期：指介體獲得病毒所需的取食時間。(2)、潛伏期：指介體從獲得病毒到能傳播病毒的時間，在循回型相互關系中也稱循回期。(3)、接毒(取食)期：指介體傳毒所需的取食時間。(4)、持毒期：指介體能保持傳播能力的時間。,2、介體與所傳病毒之間的關系：,介體與所傳病毒之間的關系比較復雜，有以下劃分方法：(1)、主要根據(jù)病毒是否在蟲體內(nèi)循環(huán)、是否繁殖劃分為：A、循回型：病毒經(jīng)口針、前消化道、后消化道

13、。進入血液循環(huán)后到達唾液腺，再經(jīng)口針傳播的過程稱為循回，這種病毒與介體的關系稱為循回型關系，其中的病毒叫做循回型病毒，介體叫做循回型介體。循回型相互關系中又根據(jù)病毒是否在介體內(nèi)增殖而分為增殖型和非增殖型。,,B、非循回型：病毒不在介體內(nèi)循回的相互關系稱為非循回型。,,(2)、根據(jù)介體持毒時間的長短可以分為：A、非持久性(口針傳帶型)：昆蟲取食時很快便可獲毒，獲毒后很快便可傳毒，但傳毒時間較短。B、持久性昆蟲獲毒后，需要在體內(nèi)循回一

14、定的時間后才能傳毒，而一旦開始傳毒，則保持傳毒能力相當長一段時間，甚至終身傳毒。C、半持久性：介于上述兩者之間這三種相互關系。非循回型的關系全是非持久性的，而循回型關系中又進一步分為半持久性和持久性兩種。,,蚜蟲介體多數(shù)傳非持久性病毒，即使傳少數(shù)持久性病毒在循回中也不增殖；延長蚜蟲獲毒時間會降低傳播效率，帶毒蚜蟲在2~3株健株上取食后，就喪失傳毒能力；獲毒后如人為禁止取食1小時，它們通常喪失傳毒能力；而飼毒前禁食15~60分鐘，可使

15、傳毒效率大大提高，而葉蟬和飛虱不傳非持久性病毒，所以持久性病毒常在介體內(nèi)增殖，有人認為這類病毒也是介體的寄生物。,,（二）、昆蟲介體1、蚜蟲 在蚜蟲介體中，大約有200種蚜蟲可傳播160多種植物病毒，有的蚜蟲只傳播2~3種病毒，有的可以傳播40~50種病毒(如蠶豆蚜和馬鈴薯蚜)，桃蚜甚至可以傳播100種以上病毒。在這160多種植物病毒中，有的只有一種蚜蟲傳播，有的可由多種蚜蟲傳播，黃瓜花葉病毒甚至可由75種蚜蟲傳播。,,2、葉蟬和飛

16、虱 在葉蟬(leaf hopper)亞目(Cicadellidae)大約2000個屬15000種葉蟬中，只有21個屬的49種是病毒的傳播介體。飛虱雖然有20個科，但僅僅飛虱亞目(Delphacidae)中含有植物病毒介體。介體的寄主主要是禾本科植物，重要的作物病害如水稻矮縮病、小麥叢矮病和玉米粗縮病等 。,,（三）、土壤中的介體：土壤本身并傳毒，主要是土壤中的線蟲或真菌傳播病毒。1、線蟲傳毒：已經(jīng)知道5個屬38個種的線蟲傳播植物

17、病毒或其不同株系。線蟲傳病毒集中在蠕傳病毒屬(Nepovirus)和煙草脆裂病毒(Tobravirus)。,,2、真菌傳毒：介體真菌和所傳病毒主要有兩類：(1)、壺菌目的油壺菌可傳12種病毒，如煙草壞死病毒(TNV)、萵苣巨脈病毒(LBVV)、黃瓜壞死病毒(CNV)。(2)、根腫菌目真菌，可傳17種病毒，如多粘菌傳的甜菜壞死黃脈病毒(BNYVV)和麥類黃花葉病毒。,,（四）菟絲子 菟絲子為高等寄生性種子植物。發(fā)現(xiàn)有10種傳染黃瓜花

18、葉病毒，有5種傳染苜?；ㄈ~病毒。其中草地菟絲子可以傳染上述兩種病毒。,(一)花粉與種子傳毒 花粉與種子傳毒指的是受病植株的花粉或種子攜帶有病毒，然后隨花粉或種子傳染到其它植株或其他地區(qū)的植株上?；ǚ劭梢酝ㄟ^風等傳播，種子通過人為調(diào)種等遠距離傳播。因此種子傳毒在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，植物檢疫措施恰是控制病種傳染的一個重要手段。 種子傳染的植物病毒種類較多，包括類病毒在內(nèi)約有162種。主要是豆科植物，依次為葫蘆科，禾本科，菊科和蘋科等

19、植物。,三、植物病毒的非介體傳染,(二)嫁接傳毒 嫁接傳毒主要指木本植物的病砧木與健接穗，或病接穗與健砧木嫁接后傳染的病毒病。無論采用何種方式進行嫁接，均能傳毒。因此選用無病砧木和接穗作為嫁接材料，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中非常重要。,,(三)汁液接觸傳毒 汁液接觸傳染又稱機械傳染或汁液擦傷傳染。在自然界里，像TMV、PVX和馬鈴薯S病毒，它們的病葉與健葉間或是病根與健根間接觸摩擦所造成的微傷就足以達到汁液擦傷傳染病毒的目的。,,四、病毒在植物中

20、的移動和累積,（一）移動 （1）病毒在植物內(nèi)可能通過胞間連絲在細胞之間移動； （2）從植物的一部分到另一部分則通過維管系統(tǒng)。 在植物中正常情況下長距離傳播遠比從細胞到細胞的轉(zhuǎn)移為快。有很多證據(jù)說明許多病毒通過韌皮部轉(zhuǎn)移，它們轉(zhuǎn)移得很快，但不能通過莖上熱處理過的部分。病毒移動的方向常與碳水化合物移動的方向相一致。,(4)含DNA的病毒,,,,,病毒在植物中的移動和累

21、積,,,（二）病毒在植物中的累積,不同病毒在植物中可達的濃度極不相同。少的如大麥黃矮病毒，從1立升燕麥汁液中僅能獲得25～100ug病毒粒體；多的如煙草花葉病毒，從1立升煙草汁液可獲得2g以上TMV粒體。這兩種病毒都比較穩(wěn)定。病毒在組織中達到的濃度取決于病毒和寄主雙方，如TMV在煙草中達到的濃度比番茄中多5—10倍。,第四章第四節(jié),植物病毒的分類與命名,第四節(jié)植物病毒的分類與命名,在ICTV(International Committ

22、ee on Taxonomy Of Viruses）2000年公布的病毒分類第七次報告中，共有909個植物病毒(包括594個確定種和315個暫定種)，分別歸屬于15個科、72個屬，其中有664個植物病毒已經(jīng)歸入了15個科的不同屬， 另外尚有245個病毒由于本身所具有的分類性狀有限， 目前對其特性了解仍不夠充分， 只歸類到24個屬，沒有科的分類階元。,,此外，還將34個植物類病毒歸屬于2個科、7個屬，5個植物衛(wèi)星病毒和30個植物衛(wèi)星

23、核酸歸屬于亞病毒類的1個組和4個亞組。根據(jù)最新的病毒分類系統(tǒng)可將植物病毒劃分為5個大類群。,一、植物病毒組分類依據(jù),植物病毒分類首先依據(jù)粒體的形態(tài)，有無包膜，核酸類型和單，雙鏈劃分。然后再依據(jù)病毒粒體大小，核酸的形態(tài)，正、負鏈，分子量和基因型，外殼蛋白的種類及其分子量，多分體現(xiàn)象以及生物學特性，寄主范圍，癥狀反應，傳染特性，粒體穩(wěn)定性，血清型和內(nèi)含體等加以編排。,二、病毒主要類群：,1．單鏈DNA(ssDNA)病毒類群 包

24、括雙生病毒科玉米線條病毒屬、曲頂病毒屬、菜豆金色花葉病毒屬的102個病毒，矮縮病毒屬的5個病毒。 2．雙鏈DNA(dsDNA)病毒類群 包括花椰菜花葉病毒科花椰菜花葉病毒屬、碧冬茄脈明病毒屬、大豆褪綠斑駁病毒屬、木薯脈花葉病毒屬、桿狀DNA病毒屬和水稻東格魯桿狀病毒屬的34個病毒。,3．雙鏈RNA(dsRNA)病毒類群 包括呼腸孤病毒科植物呼腸孤病毒屬、斐濟病毒屬和水稻病毒屬的13個病毒，雙分病毒科。α—隱潛病毒

25、屬、ß—隱潛病毒屬的31個病毒和巨脈病毒屬的4個病毒。 4．單鏈負義RNA(—ssRNA)病毒類群 包括彈狀病毒科內(nèi)未歸入屬的58個病毒以及細胞核彈狀病毒屬和細胞質(zhì)彈狀病毒屬的15個病毒，布尼亞病毒科番茄斑萎病毒屬的13個病毒，纖細病毒屬的11個病毒和蛇形病毒屬的3個病毒。,5．單鏈正義RNA(十ssRNA)病毒類群 包括煙草花葉病毒屬的TMV、黃瓜花葉病毒屬的CMV、馬鈴薯X病毒屬的PVX和馬鈴薯Y病

26、毒屬的PVY等。豇豆花葉病毒科、馬鈴薯Y病毒科等病毒屬的共612個病毒?？捎懈鞣N球形或長條形粒體形狀。 此外， 歸屬在偽病毒科中7個以植物為寄主的單鏈RNA逆轉(zhuǎn)錄因子， 以及轉(zhuǎn)座病毒科中1個單鏈RNA逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子還沒有更詳細的研究資料。,三、植物病毒的名稱,俗名法：植物病毒的普通名稱，實際上仍是1935年Johnson提出的俗名法，主要根據(jù)寄主植物的英文俗名和癥狀名稱制訂的。以后拉丁雙名法雖幾經(jīng)出臺，但是由于資料數(shù)據(jù)

27、不夠成熟，難于應用。為了習慣與簡便至今仍沿用著普通名稱(Martyn，1968)。俗名法即：癥狀名+VIRUS。 例如，煙草花葉病毒(Tobacco mosaic virus)，大麥黃矮病毒(Barley yellow dwarf virus)等。有的植物病毒還是按著發(fā)現(xiàn)的先后給予X，Y等字符命名的，例如馬鈴薯X病毒(Potato virusX)和馬鈴薯Y病毒(Potato virus Y)等。為了書寫方便常縮寫普通名稱，例如，煙草