Viroider: Hvad er de? Definition, egenskaber og betydning for planter

Lær om viroider: små, cirkulære RNA‑patogener, deres egenskaber, betydning for planter og konsekvenser for afgrødetab. Definition, eksempler og ny forskning.

Viroider er de mindste kendte smitsomme patogener. De består udelukkende af korte tråde af cirkulært, enkeltstrenget RNA uden proteinkappe. De er for det meste plantepatogener (plantesygdomme), hvoraf nogle kan forårsage tab af afgrøder. Viroid-genomer er ekstremt små i størrelse. Typiske viroider er mellem ca. 246 og 401 nukleotider lange, og de er derfor meget mindre end de fleste vira — ofte anslået til at være omkring 80 gange mindre end den mindste virus. Det humane patogen (forårsager sygdomme hos mennesker) hepatitis D-virus er et defekt RNA-virus, der på nogle måder ligner viroider ved at have cirkulært RNA og ribozymegenskaber, men det er et mere komplekst agens, der kræver hepatitis B-virus for at få en proteinkappe og sprede sig i værten.

Struktur og klassifikation

Viroider har en karakteristisk cirkulær, enkeltstrenget RNA-struktur uden læsesteder for proteiner. RNA’et folder sig ofte til en tæt baseparret, rodlignende sekundærstruktur, som er vigtig for stabilitet og interaktion med værtsfaktorer. Viroider kodes ikke for proteiner og mangler derfor både kapsid og enzymatiske funktioner, som man ser hos vira.

De fleste kendte viroider inddeles i to familier:

• Pospiviroidae – replikerer i værtens cellekerne og har typisk en central konservativ region (CCR). Replikationen foregår via en asymmetrisk rolling-circle-mekanisme.
• Avsunviroidae – replikerer i kloroplaster og indeholder hammerhead-ribozymer, der medvirker til selvekspression og kløvning under en symmetrisk rolling-circle-mekanisme.

Replikation og biologiske mekanismer

Viroider udnytter værtens RNA-polymeraser til at kopiere deres RNA. Replikationsmekanismen involverer dannelse af lange multimeriske RNA-kæder, der efterfølgende bearbejdes og ligeres til cirkulære enheder. Hos nogle viroider udfører de indbyggede ribozymer selvekspaltning.

Selvom viroider ikke koder for proteiner, påvirker de værtsplanten gennem RNA-baserede mekanismer. Viroider kan generere små RNA-fragmenter (siRNA/miRNA-lignende molekyler), som kan forstyrre værtsgens ekspression via RNA-interferens, og dette menes at være en vigtig årsag til mange af de sygdomssymptomer, der observeres.

Smitteveje og symptomer hos planter

Viroider spreder sig primært ved mekanisk overførsel og gennem vegetativ formering. Almindelige smitteveje er:

• Grafting og vegetativ formering (f.eks. knolde, stiklinger)
• Kontaminerede dyrkningsværktøjer eller hænder
• Nogle viroider kan overføres via frø eller pollen
• I visse tilfælde kan parasitære planter eller særlige vektorer bidrage — dog er vektoroverførsel generelt mindre udbredt end hos vira

Typiske symptomer i inficerede planter omfatter:

• Stagneret vækst og dværgvækst
• Bladdeformationer, rynker, rullende blade
• Mosaik, chlorose eller misfarvning
• Dårlig frugtkvalitet eller reduceret udbytte
• Artspecifikke symptomer, f.eks. potato spindle tuber viroid (PSTVd), der forårsager karakteristisk aflange kartoffeltuber og reduceret udbytte

Der er blevet identificeret omkring 33 arter, og nye varianter opdages stadig, efterhånden som diagnostiske metoder forbedres.

Påvisning og diagnostik

Eftersom viroider ikke producerer proteiner, er det ikke muligt at detektere dem ved almindelige immunologiske metoder (som ELISA) rettet mod viroider. De mest anvendte diagnostiske metoder er:

• RT-PCR og nukleinsyrehybridisering (f.eks. Northern blot)
• Separation af små RNA-fragmenter ved PAGE og farvning eller sølvfarvning
• Direkte sekventering af RNA for at bestemme præcis viroidsekvens
• Biologiske tests (inokulation af følsomme indikatorplanter) anvendes stadig i visse sammenhænge

Forebyggelse og bekæmpelse

Kontrol af viroider hviler primært på forebyggelse og brug af sundt plante-/planteformeringsmateriale:

• Brug af certificeret smittefrit frø og plantemateriale
• Sanitering af værktøj og forebyggende arbejdsgange for at undgå mekanisk overførsel
• Karantæne og destruktion af inficerede planter for at forhindre spredning
• Tværsnitbehandlinger som termoterapi kombineret med meristemkultur kan i nogle tilfælde eliminere viroider fra moderplanter
• Udvikling og brug af resistente eller tolerant sorter, hvor det er muligt

Historie, økonomisk og videnskabelig betydning

Viroider var de første "subvirale patogener", der blev opdaget og navngivet af Theodor Otto Diener. Han var plantepatolog ved det amerikanske landbrugsministeriums forskningscenter i Beltsville, Maryland, i 1971. Den første viroid, der blev identificeret, var potato spindle tuber viroid (PSTVd). Siden da har opdagelsen af viroider haft stor betydning både for plantebeskyttelse og for grundforskning i RNA-biologi.

Økonomisk kan viroider forårsage betydelige tab i følsomme afgrøder som kartofler, tomater, frugttræer og prydplanter. De indfører også krav om certificeringsprogrammer og karantæneforanstaltninger i plantesundhedsregler.

Videnskabeligt er viroider interessante som mindste kendte replikative RNA-enheder — studier af viroider har givet indsigt i RNA-struktur, selvekspaltning (ribozymer), værstercelle-interaktioner og RNA-baseret genregulering.

Opsummering: Viroider er små, cirkulære RNA-pathogener uden proteinkappe, der hovedsageligt angriber planter og kan føre til alvorlige afgrødetab. Forebyggelse via certificeret materiale, hygiejne og tidlig påvisning er de vigtigste redskaber i bekæmpelsen, mens viroider samtidig fungerer som vigtige modelorganismer i molekylærbiologisk forskning.

Spørgsmål og svar

Q: Hvad er viroider?

Q: Hvilken type sygdomme forårsager viroider?

Q: Hvor store er viroid-genomer?

Q: Hvad er det humane patogen, der ligner viroider?

Q: Hvem opdagede og navngav viroider?

Q: Hvad var den første viroid, der blev identificeret?

Q: Hvor mange arter af viroider er blevet identificeret?

Søg efter bogstav