植物病毒

第四章植物病毒一、概况二、定义三、植物病毒的形态、结构和成分四、植物病毒的复制和增殖五、植物病毒的传播和移动六、植物病毒的分类与命名七、重要的植物病毒属及典型种八、病毒病害的特征一、概况病毒病：由病毒引起的病害病毒是一种核蛋白，由于太小，在光学显微镜下见不到，只能在活的寄主细胞内完成自身复制，并具有侵染能力，又称分子寄生物。病毒可侵染动、植物及微生物，可引起人的流行性感冒、小儿麻痹症、狂犬病、天花和肿瘤等。也能侵害真菌、细菌和菌原体。包括：病毒、类病毒症状：植株生长不良，矮化、萎缩、畸形、变色危害:病毒总数已超过2000种，其中1/4可危害植物。一种病毒可危害一至几种植物，一种植物可被一至几种病毒侵染。病毒是仅次于真菌的第二大病原物。病毒为基因工程的研究提供了材料。关于植物病毒病害的记载•荷兰郁金香杂色病(1576)•欧洲马铃薯退化病(1775)Dubos(1958)曾描述了当时流行的“郁金香热”:一株受侵染的球根可以换到数头公牛、猪或者绵羊，几吨谷物，成千磅干酪，甚至一个磨房。一个年青的姑娘以拥有一只杂色花作为她的嫁妆而感到无比的幸福。二、植物病毒的定义定义：通常包被于保护性的蛋白(或脂蛋白)衣壳中，只能在适宜的寄主细胞内完成自身复制的一个或一套基因组核酸分子。病毒又称分子寄生物。特点：①形体微小，缺乏细胞结构；②基因组只含一种核酸(DNA或RNA)；③依靠自身的核酸进行复制；④缺乏完整的酶和能量系统；⑤严格寄生性的细胞内专性寄生物。种类：★植物病毒★动物病毒★细菌病毒★真菌病毒（一）病毒的形态病毒粒体：形态完整(成熟)的侵染性病毒粒子。大部分病毒为球状，杆状和线状,少数为弹状,杆菌状和双联体状等。三、植物病毒的形态、结构和成分1、球状病毒：直径大多在20-35nm，少数可以达到70-80nm,也称为多面体病毒或十二面体病毒，球体构造并不是光滑的球面，而是由很多正三角形有规则地排列组合成的，典型的有二十个。2、杆状病毒：为20-80nm×100-250nm，两端平齐，少数两端钝圆。杆状病毒粒体刚直,不易弯曲。3、线状病毒：为11-13nm×750nm,个别可达2000nm以上；线状病毒的两端也是平齐的，粒体有不同程度的弯曲。4、弹状病毒：58-240nm×18-90nm5、联体病毒：病毒由大小相同的两个近球形粒体组成。1、球状病毒：球状病毒的结构较复杂，其实并非光滑的球体，而是由二十个正三角形组合而成。它有二十个面、十二个顶点和三十个边，面、顶点或边都是对称的。（二）植物病毒的结构病毒粒体是由一或多个核酸分子（DNAorRNA）包被在蛋白或脂蛋白衣壳（Capsid）里构成的。弹状病毒粒体外面有囊膜包被。2、杆状或线条状植物病毒粒体的中间是螺旋状的核酸链，外面是由许多蛋白质亚基组成的衣壳，中间是空管。蛋白质亚基也排列成螺旋状,核酸链就嵌在亚基的凹痕处。以烟草花叶病毒的粒体为例,每个粒体大致有2100个蛋白质亚基，排成130圈，每圈亚基间隔约2.3nm，每三圈有49个亚基。其粒体直径是18nm，核酸链的直径是8nm。（三）植物病毒的组分植物病毒主要成分是核酸和蛋白质，核酸在内部，外部由蛋白质包被，称为外壳。合称为核蛋白或核衣壳。有的病毒粒体中还含有少量的糖蛋白或脂类。类病毒则没有蛋白质外壳，仅为RNA的分子。1、蛋白质：占粒体重量60－90％，由多种氨基酸形成多肽链，对核酸起保护作用病毒的核酸决定了衣壳蛋白的氨基酸组成，蛋白多肽链经过三维折叠形成衣壳的基本结构单位，称作蛋白亚基，多个蛋白亚基聚集形成壳基，因聚集的蛋白亚基数目不同，又有二聚体、三聚体、五邻体、六邻体。植物病毒有两种基本结构方式：螺旋对称型结构和等面体对称型结构。病毒蛋白的抗原决定蔟蛋白种类：结构蛋白－－衣壳蛋白、囊膜蛋白非结构蛋白－－复制所需的酶、运动功能蛋白2、核酸：占粒体重量5－40％，由多核苷酸构成；核酸是病毒的核心,组成了病毒的遗传信息组--基因组(genome)，决定病毒的增殖、遗传、变异和致病性。（1）植物病毒的核酸类型植物病毒的核酸只有RNA或DNA两种，按照复制过程中功能的不同，可分为5种类型：①正单链RNA病毒（positivesinglestrandRNA，+ssRNA）单链RNA可以直接翻译蛋白，起mRNA的作用。70%以上的病毒属于此类。如TMA、CMA、PVX、PVY。②负单链RNA病毒（negativesinglestrandRNA，-ssRNA）RNA必须先转录成互补链，才能翻译蛋白。如小麦丛矮病毒（WRDV），弹状，外有囊膜。③双链RNA（doublestrandRNA，dsRNA）核酸为互补的双链，其中负链RNA转录出正链RNA，才能作为mRNA翻译蛋白。如呼肠孤病毒、水稻矮缩病毒（RDV）和玉米粗缩病毒（MRDV），粒体为多面体。④单链DNA病毒（ssDNA）复制时，单链DNA先合成双链DNA，以常规途径转录mRNA。如双联病毒科。⑤双链DNA（dsDNA）为互补双链DNA。如花耶菜花叶病毒（CaMV）。核酸类型病毒种类数百分比%(+)ssRNA62068.21(-)ssRNA10011.00dsRNA485.28ssDNA10711.77dsDNA343.47909植物病毒核酸类型和病毒种类数据ICTV病毒分类第七次报告统计（2）核酸的比例球型粒体病毒15~45%，线性病毒5~6%，弹状病毒1%。（3）核酸的多分体现象和多分体病毒植物病毒所特有，仅存在于+ssRNA病毒中。指病毒的基因组分布在不同的核酸链上，分别包装在不同的病毒粒体里。由于遗传信息分开了，单独一个粒体不能侵染，必须是一组几个同时侵染才能全部表达遗传特性，这种分段的基因组为多组分基因组；含多组分基因组的病毒为多分体病毒。单分体病毒：指整个遗传信息存在于一条核酸链上，包被在一种粒体中的病毒如TMV、PVX、PVY双分体病毒：指遗传信息为双组分基因组包被在两种粒体里的病毒，如烟草脆裂病毒属（Tobravirus)、蠕传病毒属三分体病毒：指核酸包被在三种粒体中的病毒。如CMV、AMV有四条核酸链但被包装在三种或四种粒子中。（4）卫星病毒在某些多分体病毒内发现了小分子量的RNA，与病毒RNA没有同源性，单独不能侵染，要依赖病毒的核酸才能侵染和增殖，这就是sRNA（satelliteRNA）。sRNA与它依赖的辅助病毒包在同一衣壳内，能抑制辅助病毒的复制，可以看成是辅助病毒的寄生物，常用于生防和基因工程。3、水分、矿质元素、脂类物质除核蛋白外，还含有水分，如在芜菁黄花叶病毒的结晶体中，含水量达58%。弹状病毒囊膜中含碳水化合物，有的含糖蛋白。有些病毒含多胺，主要是精胺和亚精胺。用于稳定折叠的核酸分子；有的含钙、钠、镁离子，稳定核酸和蛋白的结合。四、植物病毒的复制和增殖植物病毒的复制要完成核酸的复制和病毒核酸信息的表达两个过程。（一）病毒基因组的复制从亲代向子代病毒传送核酸性状的过程，即病毒的基因传递植物病毒与一般细胞生物遗传信息传递的主要不同点是反转录，RNA----DNA，大部分是由RNA直接复制RNA。寄主细胞要提供场所、原材料、能量、酶、膜系统。病毒提供膜版核酸、专化的聚合酶。（二）植物病毒基因组信息的表达1、病毒核酸的转录无论植物病毒含何种核酸，要翻译出蛋白必须经过mRNA过程。+ssRNA可作为mRNA直接使用。其他病毒都需要转录。DNA病毒需要寄主的转录酶；-ssRNA需要随病毒粒体一同带入的复制酶；dsRNA部分可作为mRNA使用，另外一部分需要转录。这类核酸又被称为双义RNA。2、植物病毒核酸的表达+ssRNA基因组在真核生物蛋白合成中的五种翻译策略。（1）亚基因组RNAs策略由基因组3‘末端转录产生一到多个亚基因组RNA，从各个亚基因组5‘端的开放阅读框架翻译出功能性蛋白，如TMV。（2）多聚蛋白策略如PVY（3）多分体基因组策略如CMV（4）通读蛋白策略如TMV复制酶的翻译（5）核糖体移码策略一般RNA病毒翻译产物在4-5种，有得多达9种，包括病毒编码复制酶、衣壳蛋白、运动蛋白、传播辅助蛋白、蛋白酶等，有些产物会与病毒核酸或寄主蛋白聚集起来形成内含体。3、植物病毒的基因组结构及功能以烟草花叶病毒为例。（1）基因组结构及表达TMV为+ssRNA，基因组核酸全长6395个核苷酸，共有5个开放阅读框架。核酸的5‘端有帽子结构，3’端有类似tRNA的结构。（2）TMV蛋白质的生物学功能（三）植物病毒的增殖病毒进入活细胞后脱壳，病毒核酸复制，亚基因组核酸翻译出3种蛋白，其中包括衣壳蛋白，然后核酸和衣壳蛋白组成新的病毒粒体。五、植物病毒的传播和移动（一）定义：传播(transmission)植物病毒从一植株转移或扩散到其他植物株的过程。移动(movement)从植株的一个局部到另一局部的过程。系统侵染的病毒在叶片组织中的分布是不均匀的，这是因为病毒的扩展始终受到寄主的抵抗。一般来讲，植物旺盛生长的分生组织很少含有病毒，如茎尖、根尖，这也是通过分生组织培养获得无毒植株的依据。（二）病毒的传播介体传播非介体传播病毒均为被动传播，传播距离一般较短。从表4-1看出，机械传播和蚜虫传播的病毒属最多，均在十个属以上。种子、叶蝉、叶甲、线虫、真菌传播5-8个属，飞虱、粉虱、蓟马、螨类和花粉传播的属较少。甲虫传播的病毒都可以机械传播，蚜虫传播的病毒大多也可机械传播，花粉传播的病毒均可种子传播。1、介体传播植物病毒的介体很多,主要有昆虫、螨类、线虫、真菌、菟丝子等，其中以昆虫最为重要。已知昆虫介体400多种，其中1/2为蚜虫，1/3为叶蝉。（同翅目）☆介体传毒的基本概念☆昆虫介体☆土壤中的介体☆介体传毒的基本概念(1)介体传毒过程可分为几个时期:获毒(取食)期是指介体获得病毒所需的取食时间。潜伏期是指介体从获得病毒到能传播病毒的时间。接毒(取食)期是指介体传播病毒所需的取食时间。持毒期是指介体能保持传毒能力的时间。(2)介体与所传病毒之间的关系：介体与所传病毒之间的关系比较复杂，主要根据病毒是否在虫体内循环、是否增殖以及介体持毒时间长短来划分。病毒经口针、前消化道、后消化道，进入血液循环后到达唾液腺，再经口针传播的过程称为循回,这种病毒与介体的关系称为循回型关系。相互关系传播方式饥饿效果蜕皮得毒时间虫体内循环传毒时间保毒期汁液接种非循回型口针型非持久性有失毒秒－分无秒－分分－时易非增殖型循回型增殖型半持久性持久性持久性无无无失毒不失毒不失毒分－时分－时时－日无，时－分分－时日－周分－时分－时时－日时－日日－周周－终能至不能能至不能大多不能植物病毒与介体昆虫的生物学传毒关系非持久性：昆虫获毒后立刻就能传毒，但很快即会失去传毒能力。半持久性：昆虫在获毒后不能马上传毒，要经过一段时间才能传毒，这段时间叫做“循回期”。昆虫保持传毒能力是有一定期限的，一般为数日至十余日，其原因是由于病毒要通过昆虫的体液，再回到唾腺。但病毒不能在昆虫体内繁殖，因此保持传毒时间是有限的，一旦病毒排完后，传播能力即告结束，这类昆虫有蚜虫及部分叶蝉。持久性：昆虫获毒后也要经过一定的时间才能传毒。但此类昆虫一旦传毒后，终生保持传毒能力，病毒可以在昆虫体内繁殖。因此这类昆虫体内的病毒浓度不会降低，甚至其后代亦可传毒。非循回型全是非持久性的。蚜虫传非持久型病毒，飞虱和叶蝉传持久型病毒。带毒蚜虫在2-3株健株上取食后，丧失传毒能力；获毒后禁时1小时也丧失传毒能力；饲毒前禁食15-60分钟可提高传毒率。根据介体持毒时间的长短可以分为非持久性、半持久性和持久性三种相互关系。（3）介体与病毒专化性识别的可能机制蚜虫的试探取食习性介体内的专化性持毒位点：前消化道、口针、后肠壁。与衣壳蛋白专化。辅助因子：病毒编码的蛋白。☆昆虫介体蚜虫叶蝉和飞虱其它昆虫介体还有刺吸式口器的白粉虱、粉蚧，刮吸式口器的蓟马、咀嚼式口器的甲虫、蚱蜢等等.☆土壤中的介体主要是土壤的线虫或真菌传播病毒线虫传毒真菌传毒昆虫介体蚜虫：可传160多种病毒，马铃薯蚜可传40-50种病毒，桃蚜可传100多种。CMV可由75种蚜虫传播。