Сельскохозяйственная биология, 2014, № 5, с. 28-34.

doi: 10.15389/agrobiology.2014.5.28rus

УДК 632:578.2'21

ИЗУЧЕНИЕ ПЕРВЫХ СТАДИЙ СБОРКИ ВИРИОНА У Х-ВИРУСА КАРТОФЕЛЯ

Н.А. НИКИТИН¹, Е.А. ТРИФОНОВА¹, Е.К. ПЕТРОВА¹, О.В. БОРИСОВА¹, О.В. КАРПОВА¹, И.Г. АТАБЕКОВ^{1, 2}

Х-вирус картофеля (ХВК, Potexvirus) относится к экономически значимым патогенам ряда важных сельскохозяйственных культур из семейства Solanaceae. Вирионы ХВК представляют собой гибкие нитевидные частицы длиной 515 нм и диаметром 13,5 нм со спиральной структурой. Геном вируса представлен одноцепочечной молекулой РНК (6435 нуклеотидов) положительной полярности, которая кэпирована и полиаденилирована. Изучение различных этапов инфекционного процесса при заражении растений вирусами, в том числе сборки вирусных частиц, представляет большой практический интерес, так как выявление ее механизмов может стать основой разработки новых подходов в безвирусном растениеводстве. Первые этапы сборки вирионов Х-вируса картофеля изучали на примере вирусоподобных частиц (ВПЧ), полученных при инкубации РНК ХВК с белком оболочки (БО) ХВКin vitro. Показано, что в различных условиях инкубации (ионная сила, рН) образуется один и тот же набор ВПЧ дискретного размера. Однако количество полученных ВПЧ того или иного размера меняется в зависимости от условий инкубации. Максимально эффективной сборки ВПЧ, которые по размерам приближались к нативному вириону, удалось достигнуть в буфере с низкой ионной силой при рН 8,5. Из сформировавшихся ВПЧ были выделены участки РНК ХВК длиной от 800 до 5700 нт, защищенные белковой спиралью. Их индивидуальный анализ подтвердил, что все они представляют собой 5´-концевые фрагменты геномной РНК разной длины. Таким образом, подтверждено, что сборка вирионов ХВК инициируется на 5´-конце РНК и кооперативно продолжается в направлении от 5´- к 3´-концу молекулы. При анализе нуклеотидной последовательности фрагментов РНК, выделенных из ВПЧ разного размера, в районах, соответствовавших 3´-концу молекулы, обнаружены участки, способные формировать шпильки, которые могут играть роль стоп-сигналов, препятствующих взаимодействию БО с РНК и непрерывной кооперативной сборке ВПЧ и вирионов ХВК. Вероятно, БО может с большей или меньшей эффективностью (в зависимости от условий инкубации с РНК in vitro) плавить РНК-шпильки и преодолевать стоп-сигналы при сборке вирусных частиц.

Ключевые слова: вирусы растений, Х-вирус картофеля, вирусоподобные частицы, РНК, белок оболочки, сборка вирусных частиц.

Полный текст

STUDY OF THE INITIAL STEPS OF POTATO VIRUS X ASSEMBLY

Potato virus X (Potexvirus) is an important pathogen of number of economically significant agricultural plants of the Solanaceae family. Potato virus X (PVX) virions are flexible filamentous particles 515 nm in length and 13.5 nm in diameter with a helical structure. PVX genome consists of a single-stranded RNA (6435 nucleotides) which is capped and polyadenylated. The study of various stages of the infection process of plant viruses during infection, including the assembly of viral particles is of great practical interest. Identification of these mechanisms can be the basis for developing new approaches in virus-free crop production. Herein, the initial stages of potato virus X (PVX) virion assembly were examined on the example of virus-like particles (VLPs) produced by incubation of  PVX RNA with PVX coat protein (CP) in vitro. The formation of identical set of VLP with discrete size under different incubation conditions (ionic strength, pH) was shown. However, the amount of VLP of a different size changes depending on incubation conditions. Most efficient VLP similar to the native virion size assembly has been achieved in a buffer of low ionic strength at pH 8.5. PVX RNA fragments from 800 to 5700 nt in length which were protected by coat protein within VLPs were isolated. Their individual analysis confirmed that all of them represent the 5´-terminal fragments of the genomic PVX RNA of different lengths. Thus, it was revealed that RNAs within VLP are genomic RNA 5´-terminal fragments of different lengths. PVX virions assembly initiation at the RNA 5´-end which is cooperatively extending in the 5´- to 3´-end direction was confirmed. Nucleotide sequence analysis of RNA fragments isolated from VLP of different sizes showed that sites capable to form RNA hairpins were discovered near the RNA 3´-end. They could act as «stop-signals» that prevent CP and RNA interaction and continuous cooperative assembling PVX VLP and virions. Probably, CP could «melt» RNA hairpins more or less efficiently and overcome «stop-signals» during the viral particles formation, depending on the conditions of incubation with the RNA in vitro.

Кeywords: plant viruses, potato virus X, virus-like particles, RNA, coat protein, virion assambly.

Оформление электронного оттиска