[农学]病毒学第二章.ppt

Chapter 2 植物病毒的基本特性,本章内容,病毒的形态和结构 病毒的化学组成和理化特性 病毒的侵染、干扰和诱导抗性 植物病毒的传染 病毒的遗传和变异 植物病毒的抗原性,2-1病毒的形态和结构,一、植物病毒的形态 1943年考希（Kauche）第一次成功地用电子显微镜拍摄了TMV的电镜照片。 病毒粒体：病毒的基本存在 形式（形态）。 病毒粒体的形态微小，只有在放大数万倍的电镜下才能观察到，其度量单位通常采用纳米（nm，1nm=10-9m）。 植物病毒粒体形态主要有：球状、线状、杆状、弹状、双联体状、丝线状、柔软不定形等。,球状: 二十面体形，如CMV 。有的二十面体形所有 顶角均有突起 椭圆形 如水稻黑条矮缩病毒 杆状： 截杆状：如TMV 弹状：如小麦丛矮病毒 杆菌状：如苜蓿花叶病毒 线状：如马铃薯X病毒 1113X700750nm 分支丝状：水稻条纹叶枯病毒 联体形：如玉米线条病毒，两个不完整的二十面体,二.植物病毒粒体的基本结构,病毒粒体 核衣壳 衣壳：- 壳基 - 蛋白亚基 核酸（RNA或 DNA） 有的病毒有包膜 五邻体：由5个蛋白亚基凝集的构造物 形态单位 壳基 六邻体：由6个蛋白亚基凝集的构造物 二聚体：由2个蛋白亚基凝集的构造物 三聚体：由3个蛋白亚基凝集的构造物 结构单位 蛋白亚基 多个单一的多肽链构成的立体结构 多个不同的多肽链构成的立体结构,病毒存在的基本形式,（三）衣壳类型,等轴对称结构：包括单、双链的RNA或DNA病毒，多数为等轴对称结构又称二十面体立体对称结构。 螺旋对称结构：均为单链RNA病毒。 复合对称结构：植物病毒中植物弹状病毒科和呼肠孤病毒科具有多层蛋白。,1、等轴对称结构,例如芫菁黄花叶病毒为小球状正二十面体，其衣壳的20个面，每个面均围绕核酸镶嵌着6个蛋白亚基，这6个蛋白亚基组成一个形态单位6邻体。其12个顶点，每个顶点均围绕着核酸镶嵌5个蛋白亚基，这5个蛋白亚基组成的形态单位称5邻体。因此芫菁黄花叶病毒的核衣壳，系由20个6邻体和12个5邻体所构成。,TMV粒体为棒状，系由2130个左右蛋白亚基组成。蛋白亚基椭圆形，端部稍细，长7nm。蛋白亚基向右方螺旋排列，三圈共排列49个蛋白亚基，即螺旋排列三圈位置重复一次。螺距为2.3nm，一个TMV粒体容纳130个螺距。空心半径为2nm.RNA有6395个碱基，1个蛋白亚基与3个核苷酸相结合。,2、螺旋对称结构,蛋白亚基,螺距,3、复合对称结构,植物病毒中植物弹状病毒科和呼肠孤病毒科具有多层蛋白。 植物弹状病毒（莴苣坏死黄化病毒和小麦丛矮病毒等）包膜由双层膜组成，内层为基质蛋白，呈六角形排列，外层为糖蛋白，表面有许多小突起。核衣壳与棒状粒体相似。,2-2 病毒的化学组成和理化特性,植物病毒的主要成份是核酸和蛋白质，有些还含有少量的金属离子、多胺和水等。 一、植物病毒的核酸 核酸是病毒的遗传物质，是病毒遗传和感染的物质基础。一种病毒的病毒颗粒只含有一种核酸，DNA或者RNA。 （一）病毒粒体核酸含量比例 球状病毒粒体含RNA15-43%。 棒状及线状粒体含RNA 5-6%。 具有包膜的弹状病毒粒体仅含RNA1%左右。 DNA的球状粒体含DNA17-19%。,（二）植物病毒的核酸类型,核酸,DNA,RNA,单链RNA,双链RNA:双链RNA(dsRNA),正单链RNA(+ssRNA) 负单链RNA(-ssRNA),单链DNA(ssDNA) 双链DNA(dsDNA ),（1）正单链RNA（positive single strand RNA，+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TMV、CMV、PVX、PVY。这时将携带有信使核糖核酸功能的RNA链称为正链。 （2）负单链RNA（negative single strand RNA，- 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（double strand RNA， 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 （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）。,(三)核酸的多分体现象和多分体病毒,1、多分体现象 多分体现象是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。 单体基因组：整个基因组存在于单一粒体的核酸分子内； 分段基因组：病毒基因组的节段分别存在于两个以上的核酸分子内。 单体分段基因组：一个病毒粒体内同时存在整个基因组的所有节段； 双分体基因组：病毒基因组的各个节段分配在两个病毒粒体中； 三分体基因组：病毒基因组的各个节段分配在三个粒体中； 多分体基因组（多组分病毒）：病毒基因组的各个节段分配在多数病毒粒体中。,2、多分体病毒,多分体现象是植物病毒所特有，仅存在于+ssRNA病毒中。根据基因组分离情况，将+ssRNA分为： 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， 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，烟草脆裂病毒属、蠕传病毒属 多分体病毒：指核酸包被在三种粒体中的病毒。 CMV、苜蓿花叶病毒（AMV）,二、植物病毒的蛋白质,（一）蛋白质的种类 植物病毒的基因组很小，编码的蛋白质种类也很少，按照其功能可分为结构蛋白和非结构蛋白。 1、结构蛋白是构成一个完整病毒粒体所需要的蛋白，主要是外壳蛋白（coat protein，CP）和囊膜蛋白。 2、非结构蛋白是指病毒基因编码的非结构必需的蛋白，包括病毒复制需要的复制酶、参与病毒运转的运动蛋白等。,对核酸具有保护作用 决定病毒的不同形态 在病毒的侵染过程中对寄主细胞有识别作用 是病毒的表面抗原,外壳蛋白的作用,三、病毒粒子中的其它组分,1、多胺:主要是亚精胺和精胺的聚合物.在病毒包壳前或包壳时与RNA结合,可能起到中和病毒核酸负电荷的作用. 2、脂类:包膜的一部分。包膜一般含有蛋白质、糖类及脂类组分。脂类有磷脂和甾醇等。 3、金属离子：铁、钙、镁、锌等。可能主要是维持粒体的空间构型和稳定。 4、水分：生命活动不可缺少的物质。,2-3病毒的侵染、干扰和诱导抗性,一.植物病毒的侵染过程 病毒进入到寄主细胞需要经过吸附、穿入、脱壳三个步骤，但植物病毒不存在吸附这一过程。 （一）植物病毒侵染点的建立 1. 病毒粒子的侵染途径 微伤口进入:大多数 内吞作用:少数 融合方式:包膜病毒 2.带毒介体将病毒直接注入寄主植物细胞,很容易建立侵染点 3.通过汁液擦伤传染途径建立侵染点,（二）植物病毒的增殖 脱壳 核酸复制 组装病毒 合成蛋白 1.(+)ssRNA病毒的增殖(以TMV为例) 病毒粒体进入寄主细胞,脱壳,释放RNA; RNA与核糖体结合,翻译出病毒复制酶等与复制相关的基因产物; 复制酶以(+)ssRNA为模板合成(-)ssRNA,并形成双链复制型; 从复制型产生子代(+)ssRNA链; 以病毒RNA为模板合成外壳蛋白; 外壳蛋白亚基和RNA组装成新的病毒粒体;,2.dsDNA病毒(以花椰菜花叶病毒CaMV为例), CaMV 侵染细胞后,释放DNA进入寄主细胞核; dsDNA链上三个缺口连接,形成闭合环状; (-)ssDNA转录出35SRNA和19SRNA; 19SRNA 翻译合成病毒内含体的蛋白, 35SRNA翻译合成病毒外壳蛋白; 另一部分35SRNA逆转录出dsDNA; 构建子代CaMV.,(三)植物病毒粒体的重组与积聚,1.棒状粒体的重组机制 起始反应:起始复合物的形成:在细胞核内合成RNA，转移到细胞质中；20S圆盘 伸长反应:多个蛋白亚基组成的20S圆盘蛋白聚合体与RNA螺旋框架构成棒状粒体的横截面 螺旋 快速伸长阶段 慢速反应阶段 2.线状粒体的重组与棒状粒体近似,3.球状粒体的重组机制(以芫菁黄花叶病毒TYMV为例) TYMV侵染细胞后,叶绿体外膜内陷形成小泡囊; TYMV 的(-)RNA在囊内借RNA复制酶复制出大量的(+)RNA; (+)RNA抵达小泡囊孔口后,立即镶嵌上叶绿体外膜积聚的5邻体蛋白和6邻体蛋白,组装完成。,二.植物病毒的干扰作用,干扰：在同一植株上或同一细胞中侵染了两种或两种以上的病毒后，由于病毒之间的相互作用，一方病毒影响了另一方病毒的增殖和寄主症状时，这种现象称干扰。 协生作用：同一植株上混合侵染了两个异种病毒，一种病毒对另一种病毒起到促进增殖和显症作用。 交互保护作用：同一植株上先后侵染同种病毒内的两个不同株系时，一株系保护另一株系的作用。,三.植物的诱导抗病性,1.诱导抗病性：在植物上接种病毒后仅出现局部病斑症状，但是在其病斑周围的细胞组织和上位叶片的细胞组织中诱导出对同种病毒的抗病现象。属于获得抗病性。 局部诱导的抗病性； 系统诱导抗病性； 2.物理因素、化学因素和活性物质诱导抗病性 物理上的热 低分子物质中：荧光素、抗生素、植物激素类 高分子物质中：蛋白质与核酸,2-4植物病毒的移动与传播,1.病毒在细胞间的转移 植物病毒从植物的一个局部到另一局部的过程称为移动。植物病毒自身不具有主动转移的能力，病毒的移动都是被动的。 运输形式： 以病毒核酸与MP形成复合体通过胞间连丝MP与核酸发生相互作用，使PD通透性增大 病毒粒子形式进行细胞间运输，MP可形成管状结构 以上两种形式共同完成细胞间运输。 烟草叶片中胞间连丝通道直径为20-200nm,TMV转移速度为0.01-2mm/天；利用局部枯斑法测得TMV每小时平均转移6-13nm,垂直转移速度每小时8nm。,一、植物病毒的转移,2.病毒的远距离转移,病毒在细胞间的移动 胞间联丝是植物细胞间物质运输的通道。 病毒的长距离移动 大部分植物病毒的长距离移动是通过植物的韧皮部(phloem)，而甲虫传播的病毒可以在木质部(xylem)移动。 在植物输导组织中，病毒移动的主流方向是与营养主流方向一致的，也可以随营养进行上、下双向转移。,3.病毒在植物体内的分布,病毒在植物体内的分布因病毒种类和寄主植物而不同。 植物旺盛生长的分生组织很少含有病毒.如茎尖、根尖。,传播实验是鉴定病毒的必要手段。 了解病毒的传播规律也是病害防治的基础。 植物病毒从一植株转移或扩散到其它植物的过程称为传播。,二、植物病毒的传播,病毒传播,介体传播,非介体传播,指病毒依附在其它生物体上，借它生物体的活动而进行的传播及侵染,动物介体,植物介体,在病毒传递中没有其它有机体介入的传播方式,汁液接触传播 嫁接传播 花粉传播 种子和无性繁殖材料,近距离主要靠活体接触摩擦而传播 远距离则依靠寄主繁殖材料和传毒介体的传带。,（一）植物病毒的非介体传播,非介体传播,机械传染,(1)病叶与健叶间接触造成的微伤口可造成汁液擦伤接种; (2)农事操作中,人为的汁液擦伤传毒; (3)引起花叶症状的病毒较易机械传播，黄化型病毒和存在于韧皮部的病毒则不易。 （4）如TMV、PVX、CMV等。,无性繁殖材料和嫁接传播,种子和花粉传播,1. 均系系统侵染； 2.大约1/5的病毒可以种传。主要是豆科植物，其次是葫芦科、禾本科、菊科等； 3.种传的主要危害表现在早期侵染和远距离传播。 4.花粉传染是病毒随同雄性配子通过花粉管到达胚珠的，最后形成病种。,病残体和水流,1.病毒进入土壤的途径 A.病残体带入；B.通过病株的根部渗入，如TMV 2.传播方式 幼苗能与病根或病土壤接触而受感染。,无性繁殖材料和嫁接传播,（二）植物病毒的介体传染,（一）昆虫介体传播 1.刺吸为害的介体昆虫 介体主要为刺吸式口器昆虫，少量为咀嚼式口器昆虫。蚜虫为最主要的介体。 刺吸为害的介体昆虫，主要是通过口器在寄主植物上探食获取食物过程中传染病毒 叶蝉和飞虱均为刺吸式口器昆虫，大都属于持久性传毒，甚至经卵传毒。 飞虱主要传染联体病毒，症状以叶片黄化、扭曲和耳突为主。 蓟马为刮吸式口器昆虫，如烟蓟马传染番茄斑萎病毒。木虱、椿象刺吸传毒。,概念,昆虫的传毒过程分为获毒、潜育、传毒三个时期。 获毒饲育期：指无毒昆虫开始取食至获得传毒能力所需的时间。 接毒饲育期：指带毒昆虫在健康幼苗引起发病的取食时间。 潜育期：指昆虫从获得病毒起到能传播给植物所需的时间。 持久性：指昆虫获毒后能够保持传毒的时间。,介体昆虫与植物病毒之间的生物学传毒关系, 传毒类型 1、口针型病毒：病毒只存在于口针的前端，经紫外线或福尔马林液处理，丧失传毒能力；不能增殖 2、 循回型病毒： 1） 非增殖型，(半持久性、持久性），不增殖，但经过循回期才能传毒 2）增殖型，经过一段潜育期才能传毒,2.咀嚼为害的介体昆虫,主要包括鳞翅目幼虫、鞘翅目、直翅目等昆虫。为害习性各异。,（二）介体螨类 1.主要是叶芽螨和蛛螨； 2.介体螨类以口针通过为害植物的幼芽及嫩叶等组织进行传毒。属于循回型半持久性传毒类型。 （三）线虫 1.线虫传播的病毒均属于非持久性。 2.一般都可通过种子传； 3.许多线虫传病毒引致环斑型症状。 （四）真菌 壶菌目和根肿菌目 (五)菟丝子传染 传毒的性质和嫁接传毒相同；不但可将自身所带的病毒传给寄主植物,而且可通过其桥梁作用,将一株寄主植物的病毒传递给另一株。,一. 植物病毒遗传信息的传递与表达,1.基因传递：病毒具有复制其自身相同基因组的行为，即这种从亲代向子代病毒传送核酸性状的过程，称作病毒的基因传递； 2.基因表达：病毒具有按照信使核糖核酸的碱基序列来合成病毒自身专化性蛋白的过程，称作病毒的基因表达。,2-5植物病毒的遗传和变异,病毒遗传信息的表达 转录 翻译 DNA病毒 mRNA 病毒的专化蛋白 复制 逆转录 转录 RNA病毒 复制 植物病毒遗传信息的传递与表达,病毒遗传信息的传递,二.植物病毒的变异,（一）突变 1.定义：病毒遗传物质核酸的组成或结构发生改变称为突变。 突变体：携带突变的生物个体或群体，或株系称突变体。 突变基因：包含有突变位点的基因称突变基因。,2.自发突变:没有任何已知诱变剂存在的条件下，病毒进行的突变。,由于RNA基因组复制置信度 低，RNA复制酶中缺少校正阅读活性 3.诱发突变: 利用自然界各种物理或化学诱变剂处理使病毒发生突变; 因素:热处理、紫外线、电离辐射、化学试剂 作用机制：,采用化学物质来修饰静止状态下病毒核酸的碱基，如H2NO3； 当病毒复制核酸时，碱基类似体取代核酸中的正常碱基，5-氟尿嘧啶，8-氮鸟嘌呤； 当病毒复制核酸时，色素插入双链核酸分子相邻的两碱基之间，普鲁黄。,4.病毒突变体,温感突变株： 条件致死突变株，常规条件下增殖，特定条件下不增殖，并产生突变株 弱毒株： 通过突变手段从植物病毒强毒株（强株系）中选出弱毒突变株，不再表现亲本强毒株的性状，并形成了稳定的弱毒突变株。,（二）.病毒的重组,1.基因间的相互作用 基因重组：当具有活性的两个或两个以上病毒基因组之间，通过基因组的断裂和重组达到部分基因交换并产生具有双亲基因的重组体。 +,基因再分配,在单体分段基因组病毒中，子代病毒粒体包含着两个亲本的分段基因组，这种基因交换现象称 +,复侵染复活作用,由于受损基因组得到了交换，使带有致死突变的核酸在子代病毒中恢复了活性。 +,灭活,灭活,交叉复活作用,钝化病毒的基因组与活性病毒的基因组混合侵染时，促使钝化的病毒活化，重新恢复活性的现象。 +,2.非基因的相互作用,混合表现型 当两种近缘关系的病毒混合侵染后，其核酸的基因型并不改变，仅仅是两种病毒的外壳蛋白混合，组成了子代粒体的外壳蛋白。 + +,换衣壳（基因组掩盖）,+ +,互补型：,在同一细胞中，两种不同基因的病毒粒体混合侵染后，带有原基因的蛋白相互供给双方后才能增殖。 + +,pr,pr,单向补给型：,仅由其中一方补给另一方才能使其增殖的现象称作单向补给型。 +,Pr,一.定义:,1. 抗原:在动物机体内可以激发产生抗体的异体物质. 细菌、真菌、毒素、非活性大分子蛋白均属于异体抗原物质。 病毒具有抗原性。 抗体:动物机体受异体物质激发产生出的免疫反应的物质. 免疫原性:能激发机体产生抗体的抗原具有免疫原性 反应原性:抗原与其相应的抗体相遇就产生专化性的结合反应.,2-6植物病毒的抗原性,半抗原:仅具备免疫原而不具备反应原性的抗原称半抗原. 完全抗原:具备免疫原和反应原两种特性的抗原. 抗血清:从含有抗体的血液中析出的血清称抗血清. 正常血清:不含有抗体的血清. 抗血清反应:在体外,抗体与抗原在电解质的溶媒中产生可见的凝集或沉淀反应.,2.抗血清反应的用途,可对植物病毒进行定性、定量及定位测定，明确植物病毒间的亲缘关系，是鉴定植物病毒的一种基础方法。,二.植物病毒的抗原结构及其作用,1.活性部位 植物病毒为核蛋白，主要是外壳蛋白起抗原作用，具有专化性，因此抗原的活性部位分布在外壳蛋白亚基上。 抗原决定簇(表位):蛋白质表面具有的这种特殊化学活性基团的抗原分子. .,2.抗原决定簇的结构,（1）抗原决定簇是由2-6个氨基酸或己糖构成,一个蛋白质分子具多个抗原决定簇,至少要具备2个抗原决定簇才具有抗原专化活性。 （2）暴露在蛋白抗原分子表面的抗原决定簇才具有抗原专化活性。 （3）抗原决定簇上具有抗体分子的结合部位以及互补的三维结构. （4）共同抗原决定簇：由于决定外壳蛋白空间结构的多肽链中存在部分完全相同的氨基酸序列，弯曲折叠时暴露到蛋