Choroby powodowane przez wirusy

Słownik niezrozumiałych pojęć tutaj

Wprowadzenie

Wirus jest zbiorem (kompletem) jednej lub większej liczby matrycowych cząsteczek kwasu nukleinowego, zazwyczaj zamkniętym w ochronnym płaszczu białkowym (kapsyd) lub w płaszczach białkowym i lipoproteinowym.

Kwas nukleinowy (genom) jest zapisem cech wirusa i decyduje o jego właściwościach. W każdej cząstce wirusa występuje kwas RNA lub DNA (nigdy obydwa jenocześnie). U większości wirusów roślin genom i kapsyd tworzą kompletną cząstkę wirusa, czyli wirion. U niektórych wirusów w skład wirionu wchodzi także dodatkowa otoczka lipoproteinowa będąca zewnętrzną warstwa kapsydu. Cząstki niektórych wirusów zawierają także poliaminy, jony metali i wodę. Wśród wirusów roślin przeważają te, w których genomem jest pojedyncza nić RNA.

Białka w cząstkach wirusów budowane są przez cząsteczki 20 pospolitych aminokwasów. Cząsteczki te, połączone wiązaniami peptydowymi, tworzą strukturalne podjednostki białkowe. U większości wirusów roślin występuje tylko jeden rodzaj takich podjednostek, a mniejszą grupę stanowią wirusy posiadające dwa rodzaje białek: strukturalne (będące składnikami budulcowymi cząstek wirusów) i niestrukturalne (pełniące funkcje związane np. z namnażaniem lub transportem).

Wyróżniamy dwa podstawowe typy cząstek wirusów: cząstki o strukturze helikalnej i o strukturze ikosaedralnej (cząstki izometryczne albo kuliste). Wśród cząstek helikalnych istnieją trzy warianty: cząstki pałeczkowate, nitkowate i bacilokształtne. Cząstki ikosaedralne mogą być różnej wielkości i mogą tworzyć struktury podwójne.

Wirus mozaiki tytoniu jest przykładem wirusa pałeczkowatego. Spiralnie skręcony kwas rybonukleinowy obudowany jest cegiełkami podjednostek białkowych. Podjednostki te tworzą formy strukturalne zwane dyskami. Dyski zbudowane są z dwóch warstw podjednostek przesuniętych wobec siebie o określony kąt. Warstwy nie są ułożone równo jedna na drugiej, ale skręcone w formie spirali. Podjednostki przylegają do siebie dość ciasno, tworząc sztywną pałeczkowata strukturę.

Cząstki nitkowate są zbudowane podobnie jak pałeczkowate, ale są cieńsze i bardziej giętkie. Dzięki temu mogą one być powyginane.

Cząstki bacilokształtne mają postać krótkich i grubych pałeczek. Ich końce są wypukłe i kopulasto zaokrąglone. Takie cząstki posiadają dodatkową otoczkę lipoproteinową.

Cząstki kuliste mają kształt wielościanów (dwudziestościanów foremnych). Ich ściany są trójkątami równobocznymi. W cząstkach tych występują regularne struktury morfologiczne złożone z 6 lub 5 podjednostek (kapsomery). Kwas nukleinowy zwinięty jest w skomplikowany kłębek i wypełnia wnętrze cząsteczek. Jest on związany z wewnętrznymi częściami podjednostek białkowych.

Szkodliwość. Szkodliwość oddziaływania wirusa na roślinę wynika ze zmian strukturalnych i metabolicznych w roślinie. Wirusy zużywają do budowy własnego kwasu nukleinowego substraty zawarte w komórkach roślin i wykorzystują zapasy energetyczne.  Najwięcej szkód w funkcjonowaniu komórek, tkanek, organów i całych roślin zasiedlonych przez wirusy powoduje wykorzystanie translacyjnego układu komórek (rybosomów, tRNA i związanych z ich funkcjonowaniem enzymów) do syntezy własnych białek przez wirus. Czyli poszczególne elementy genomu wirusa przypisane do odpowiednich informacyjnych RNA potrafią zmusić translacyjny system komórki do pracy na rzecz wirusa, wskutek czego system ten nie jest w stanie wykonywać pracy na rzecz komórki. A więc funkcjonowanie wirusa przypomina działanie łotra i dlatego wirusy są nazywane chorobotwórczymi łotrami.

Objawy chorób wirusowych. Występują w postaci:

1. Osłabienia wzrostu, które pojawia się najczęściej i w skrajnych przypadkach prowadzi do karłowatości.
2. Zmiany zabarwienia (przebarwienia), które pojawiają się w postaci:
   • chlorozy przechodzącej w żółtaczkę (występuje najczęściej),
   • przejaśnienia nerwów (smugowatość),
   • żółtaczki nerwów,
   • mozaiki [łagodna lub ostra; czasami (szczególnie u roślin jednoliściennych) przybiera formę pasiastości, smugowatości lub siatkowatości],
   • chlorotycznej plamistości (jej szczególną formą są pierścieniowe plamistości),
   • wzorów liniowych,
   • pstrości,
   • nekrozy (szczególnym przypadkiem są tzw. wżery i nekrozy floemu).

     Objawy chorób wirusowych, od lewej: żółtaczka (1-3), mozaika (4-6), smugowatość (7), siatkowatość (8), wzory liniowy (9), pstrość (10), nekrozy (11)

3. Zniekształcenia (pierwotne: enacje, guzy, zniekształcenia blaszki liściowej i wtórne: wyboistość i kędzierzawienie).

   Od lewej: wyboistość (1), kędzierzawienie (2)

4. Więdnięcia i zasychania roślin oraz korkowacenia różnych grup komórek (pojawiają się rzadko).
5. Zmian wewnętrznych: zmiany cytopatologiczne (wirusy i inkluzje czyli uboczne produkty ich replikacji).

Zasady nazewnictwa i klasyfikacji wirusów. Wirusy są istniejącymi fizycznie bytami wytworzonymi przez ewolucję biologiczną i mechanizmy genetyczne. Gatunki wirusów i wyższe taksony są abstrakcyjnymi kategoriami utworzonymi przez logiczną i racjonalną myśl.

Wirusy (wszelkie ich izolaty, szczepy, warianty, typy, podtypy, serotypy itp.) powinny być przypisane do określonego gatunku wirusa, choć wiele wirusów nie zostało przypisanych do gatunków ponieważ nie zostały one dostatecznie scharakteryzowane.

Każdy gatunek wirusa musi być reprezentowany przez co najmniej jeden izobat wirusa.

Prawie wszystkie gatunki wirusów zostały zaklasyfikowane do uznawanych rodzajów. Ciągle jednak są nieliczne gatunki pozostające w obrębie określonych rodzin, choć nie zaliczono ich do konkretnych rodzajów.

Większość rodzajów zaliczono do uznawanych rodzin. Niektóre rodzaje nie zostały jeszcze zaliczone do właściwych rodzin. W przyszłości mogą one zostać włączone do istniejących już rodzin, albo mogą utworzyć nowe rodziny z innymi rodzajami, dotychczas niezaliczonymi do poznanych rodzin.

Niektóre z rodzin zaliczono do utworzonych i uznanych rzędów: Caudovirales, Nidovirales i Mononegavirales.

System taksonomiczny wirusów przyjął znaną z biologii hierarchię taksonów: rząd (ang. order), rodzina (family), podrodzina (sub-family), rodzaj (genus) i gatunek (species).

Kryteria pozwalające rozróżnić poszczególne taksony wirusów są różne (zakres żywicieli, powodowane objawy i zmiany cytopatologiczne, sposób przenoszenia wirusa i różnice immunologiczne), ale najważniejsze dotyczą budowy wirusa, a przede wszystkim jego genomu. Szczegółowa analiza całych genomów wirusów lub ich istotnych fragmentów pozwoliła ustalić sekwencje nukleotydów w badanych kwasach nukleinowych. Poszczególne rodzaje w obrębie tej samej rodziny mają sekwencję nukleotydów homologiczną w 33-55%. Z kolei poszczególne gatunki w obrębie tego samego rodzaju mają sekwencje nukleotydów homologiczne w 56-67%. Jeśli zaś badane izobaty mają sekwencje nukleotydów homologiczne w więcej niż 68% pozycji, zaliczane są do tego samego gatunku, ewentualnie do różnych szczepów tego gatunku.

Wirusy nazywa się w języku angielskim. Nazwa wirusa informuje na jakiej roślinie wirus został po raz pierwszy opisany i jaki jest główny typ objawów wywoływanych na tej roślinie, a ostatnim jej członem jest słowo „virus” Te same zasady obowiązują w nazewnictwie wiroidów, tylko że ostatnim słowem jest „viroid”.

Systematyka wirusów

Przemieszczanie wirusów w roślinie. Na niewielkie odległości (transport krótkodystansowy) wirus przemieszcza się powoli przez plasmodesmy z opanowanych już komórek do komórek bezpośrednio z nimi graniczących.

W czasie transportu długodystansowego wirusy opanowują systemicznie całą roślinę, rozprzestrzeniając się głównie przez floem. Niektóre wirusy mogą być transportowane też przez ksylem, ale w bardzo młodych elementach naczyniowych. Komórki stożków wzrostu roślin systemicznie opanowanych przez wirusy często są od nich wolne. Związane jest to ze zbyt szybkim podziałem komórek merystematycznych, w efekcie czego wirusy nie nadążają ich zasiedlić.

Rozprzestrzenianie wirusów w środowisku. Wirusy są obligatoryjnymi pasożytami. Nie mają one zdolności do samodzielnego, czynnego przenoszenia się na nowe rośliny (przenoszone są biernie). Duże znaczenie w gospodarce człowieka ma przenoszenie wirusów w organach używanych do rozmnażania wegetatywnego roślin, czyli w bulwach, kłączach, cebulach, rozłogach, karpach, odkładach czy sadzonkach. Często wirusy rozprzestrzeniane są na nowe rośliny podczas szczepienia czy okulizacji, bądź ablaktacji roślin. Jeśli roślina mateczna była zawirusowana, to z dużym prawdopodobieństwem rośliny otrzymane z niej w wyniku rozmnażania wegetatywnego też będą zawirusowane.

Istotnym problemem jest także przenoszenie mechaniczne wirusów roślin, które zachodzi podczas kontaktu roślin ze sobą. Warunkiem rozprzestrzenienia wirusów tym sposobem jest drobne uszkodzenie obydwu roślin, przez które wirus wniknie do żywych komórek rośliny. Z mechanicznym przenoszeniem wirusów mamy także do czynienia podczas wykonywania prac pielęgnacyjnych (odchwaszczanie, obredlanie, zabiegi ochrony roślin, podwiązywanie, obrywanie zbędnych liści, przycinanie czy pobieranie sadzone, oczek itp.).

Część wirusów roślinnych może być przenoszona z nasionami (wirus obecny jest w zarodkach nasion, rzadko na powierzchni nasion) lub z pyłkiem roślin.

Niektóre wirusy mogą być przenoszone przez wody gruntowe i powierzchniowe (np. wody w jeziorach, rzekach czy rowach melioracyjnych). Pochodzą one wówczas z gleby, resztek roślinnych rozkładających się w wodzie lub są wydzielane przez korzenie zawirusowanych roślin. Wirusy roślinne znajdywano także w oczyszczonych ściekach komunalnych (dostawały się tam wraz z odchodami ssaków, często ludzi). Notowano także możliwość rozprzestrzenienia wirusów w kropelkach mgły i w chmurach (dostają się one tam z wody gutacyjnej wydzielanej przez hydatody roślin).

W rozprzestrzenianiu wirusów bardzo ważną rolę stanowi przenoszenie ich przez organizmy żywe, które są patogenami lub szkodnikami roślin (wektory). Przenosicielami wirusów są pierwotniaki (z rodzaju Polymyxa), grzyby (z rodzaju Olpidium), nicienie, roztocze (szpeciele) i owady (mszyce, chrząszcze, wciornastki, skoczki, piewiki, latarniki, czerwce i mączliki). Wirusy mogą być przenoszone przez mszyce dwoma sposobami:

1. Niekrążeniowo (czyli na kłujkach; mszyce w ciągu od kilku minut do kilku godzin tracą zdolność przeniesienia wirusa).
2. Krążeniowo (wirus obecny jest w hemolimfie i gruczołach ślinowych owada, a wektor przez długi czas zachowuje zdolność przeniesienia wirusa, czasem nawet do końca swego osobniczego życia).

Ochrona roślin przed wirusami. W celu ochrony roślin przed wirusami należy:

1. Unikać źródeł infekcji pierwotnej przez jego usuwanie (żywych roślin będących żywicielami lub ich części, czyli sadzonek, bulw, cebul, młodych drzewek lub nasion) i resztek roślinnych z pól lub szklarni.
2. Stosować materiał rozmnożeniowy wolny od wirusów (poddany procesowi kwalifikacji).
3. Na polach uprawnych prowadzić walkę z zachwaszczeniem i samosiewami, a uprawy roślin podatnych na wirusy izolować przestrzennie od siebie.
4. Zakładać uprawy wielkoobszarowe z dala od upraw małoobszarowych.
5. Stosować długie przerwy w uprawie roślin będących żywicielami wirusów.
6. Przyśpieszyć termin wysadzania bulw ziemniaków, a także wysadzać bulwy podkiełkowane.
7. Nie zakładać upraw roślin podatnych na wirusy glebowe przenoszone przez pierwotniaki, grzyby i nicienie na stanowiskach opanowanych przez te wektory wirusów.
8. Stosować płodozmian, nematocydy i termicznie dezynfekować podłoże w celu zwalczania nicieni przenoszących wirusy.
9. Stosować insektycy, aby ograniczyć choroby powodowane przez wirusy przenoszone przez owady (np. mszyce).
10. Opryskiwać rośliny olejami mineralnymi (oleje działają repelentnie na owady).
11. Obsadzać pola dookoła roślinami ochronnymi tworzącymi bariery chroniące przed nalotami owadów i rozwieszać paski folii aluminiowej w łanie roślin chronionych lub ściółkować ziemię folią aluminiową.
12. Uprawiać odmiany odporne na szkodniki przenoszące wirusy lub na same wirusy.
13. Zakładać uprawy ziemniaka plantacji nasiennych w strefach najmniej narażonych na wystąpienie chorób wirusowych, zwłaszcza z dala od dużych miast.
14. Zakładać w szklarniach zabezpieczenia przed wtargnięciem owadów przenoszących wirusy i dopilnować, aby nie dochodziło do przenoszenia narzędzi, materiału i sprzętu z jednej szklarni do drugiej.

Cel ćwiczenia

Materiał

Atlasy chorób ziemniaka i buraka. Materiał zielnikowy z objawami wirusa Y ziemniaka (potato virus Y) i wirusa liściozwoju ziemniaka (potato leaf roll virus). Liście buraka porażone przez wirusa żółtaczki buraka (beet yellows virus) i wirusa kędzierzawki buraka (beet leaf curl virus). Materiał zielnikowy z objawami wiroz winorośli.

Ćwiczenie

Pytania

Literatura

Kryczyński S. 2010. Wirusologia roślinna. Wyd. Nauk. PWN.