? ? ? ? ?杜鵑：今天介紹的是類病毒(Viroid)。

簡介

? ? ? ? 類病毒(Viroid)是已知的最小的傳染性病原體。它們僅由沒有蛋白質(zhì)包裹的的環(huán)狀單鏈RNA短鏈組成。 所有已知的類病毒都是被子植物的寄生生物，多數(shù)引起植物的疾病，它們對人類的經(jīng)濟(jì)重要性影響很大。

? ? ? ?類病毒于在1970年代首次被發(fā)現(xiàn)，這一發(fā)現(xiàn)觸發(fā)了生物圈的歷史性第3次重大擴(kuò)展：第1次在1675年，Antonie van Leeuwenhoek用顯微鏡發(fā)現(xiàn)了細(xì)菌；第2次在1892年，Dmitri Iosifovich Ivanovsky發(fā)現(xiàn)了病毒。類病毒的獨(dú)特特性已被國際病毒分類學(xué)委員會(huì)認(rèn)可，類病毒由此誕生。

? ? ?? 1971年，美國馬里蘭州貝爾茨維爾農(nóng)業(yè)部研究中心的植物病理學(xué)家Theodor Otto Diener首次發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)公認(rèn)的類病毒，它是馬鈴薯紡錘塊莖病的病原體，并被命名。該類病毒現(xiàn)在稱為馬鈴薯紡錘塊莖類病毒，縮寫為PSTVd。

? ? ? ? 盡管類病毒由核酸組成，但它們不編碼任何蛋白質(zhì)。類病毒的復(fù)制機(jī)制使用RNA聚合酶II，該酶通常與從DNA合成信使RNA有關(guān)的宿主細(xì)胞酶，而是以類病毒的RNA為模板催化新RNA的“滾動(dòng)循環(huán)”合成。 一些類病毒是核酶，具有催化特性，可以自我切割并從較大的復(fù)制中間體中連接單位大小的基因組。

? ? ? ?迪納（Diener）于1989年提出的假說指出，類病毒可能代表了被廣泛假定的古老的非細(xì)胞RNA世界中的“生物遺跡”（存在于DNA或蛋白質(zhì)的進(jìn)化之前），類病毒的重要性已超越植物病理學(xué)到進(jìn)化科學(xué)代表最合理的RNA，它們能夠在生物發(fā)生，生命從無生命物質(zhì)的進(jìn)化中執(zhí)行關(guān)鍵步驟。

? ? ? ? 人類病原體丁肝病毒(Hepatitis Deltavirus)是一種介于類病毒與病毒之間的病原體。

分類

? ? ? ? 類病毒可分為兩個(gè)家族：紡錘狀的馬鈴薯紡錘塊莖類病毒(Pospiviroid)和太陽花狀的鱷梨日斑類病毒(Avsunviroid)。

馬鈴薯紡錘塊莖類病毒(Pospiviroid)：

馬鈴薯紡錘塊莖類病毒(Potato spindle tuber poospiviroid)

柑橘裂皮類病毒(Citrus exocortis pospiviroid)

啤酒花矮化類病毒(Hop stunt hostuviroid)

椰子死亡類病毒(Coconut cadang-cadang cocadviroid)

蘋果銹果類病毒(Apple scar skin apscaviroid)

錦紫蘇類病毒1(Coleus blumei coleviroid 1)

鱷梨日斑類病毒(Avsunviroid)：

鱷梨日斑類病毒(Avocado sunblotch avsunviroid)

桃潛隱花葉類病毒(Peach latent mosaic pelamoviroid)

茄子潛隱類病毒(Eggplant latent elaviroid)

傳播途徑

? ? ? ? 類病毒感染可以通過蚜蟲傳播，也可以通過園藝或農(nóng)業(yè)實(shí)踐對植物造成機(jī)械損傷后的交叉污染傳播，也可以通過葉子接觸在植物之間傳播。

復(fù)制方式

? ? ? ? 類病毒通過基于RNA的機(jī)制分三步在植物細(xì)胞的細(xì)胞核（Pospiviroidae）或葉綠體（Avsunviroidae）中復(fù)制。它們需要RNA聚合酶II——一種通常與從DNA合成mRNA有關(guān)的宿主細(xì)胞酶。宿主RNA聚合酶II以類病毒為模板催化新RNA的“滾環(huán)”合成。

? ? ? ? 類病毒的滾環(huán)復(fù)制有兩種：對稱復(fù)制與非對稱復(fù)制。

? ? ? ? 對稱復(fù)制：RNA基因組經(jīng)RNA聚合酶之手，通過滾環(huán)復(fù)制從環(huán)狀RNA模板生成線性多聚體。 這些多聚體隨后通過自我切割被切割成單位長度的RNA（這些RNA含有核酶，這意味著它們在沒有蛋白質(zhì)的情況下具有酶促活性）。 新的線性反基因組將進(jìn)一步環(huán)化。 環(huán)狀反基因組通過相同的滾環(huán)復(fù)制以產(chǎn)生新的基因組。 這種復(fù)制稱為“對稱復(fù)制”，因?yàn)檎xRNA和反義RNA的產(chǎn)生方式相同。代表者是鱷梨日斑類病毒(Avsunviroid)與丁肝病毒(Hepatitis Deltavirus)

? ? ? ? 非對稱復(fù)制：RNA經(jīng)RNA聚合酶之手，通過滾環(huán)從環(huán)狀RNA模板生成線性多聚體。 這些多聚體隨后通過自我切割被切割成單位長度的RNA（這些RNA含有核酶，這意味著它們在沒有蛋白質(zhì)的情況下具有酶促活性）。新的線性反基因組不會(huì)環(huán)化。反基因組通過RNA聚合酶線上復(fù)制以產(chǎn)生新的前基因組。前基因組通過切割后自身環(huán)狀化，產(chǎn)生基因組。這種復(fù)制稱為“非對稱復(fù)制”，因?yàn)檎xRNA與反義RNA的產(chǎn)生方式不同。代表者是馬鈴薯紡錘塊莖類病毒(Pospiviroid)

RNA沉默

? ? ? ? 長期以來，人們一直不確定類病毒如何在植物中誘導(dǎo)癥狀而不在其序列中編碼任何蛋白質(zhì)產(chǎn)物。 有證據(jù)表明，RNA沉默參與了該過程。 首先，類病毒基因組的改變會(huì)極大地改變其毒力。這反映了這樣一個(gè)事實(shí)，即所產(chǎn)生的任何siRNA與目標(biāo)信使RNA的互補(bǔ)堿基配對較少。 其次，已經(jīng)從感染的植物中分離出了與來自病毒基因組的序列相對應(yīng)的siRNA。 最后，馬鈴薯紡錘形塊莖類病毒非感染性hpRNA的轉(zhuǎn)基因表達(dá)產(chǎn)生了所有相應(yīng)的類病毒樣癥狀。這表明當(dāng)類病毒通過雙鏈中間RNA復(fù)制時(shí)，它們被DICER酶靶向并切割成siRNA，然后將其加載到RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體上。 病毒siRNA含有能夠與植物自身信使RNA互補(bǔ)堿基配對的序列，誘導(dǎo)降解或抑制翻譯會(huì)引起典型的病毒癥狀。

RNA世界

? ? ? ?迪納于1989年的假說提出，類病毒的獨(dú)特性質(zhì)使其比內(nèi)含子或過去被認(rèn)為是假想的前細(xì)胞RNA世界的“活物”的其他RNA更具真實(shí)性的大分子。 如果是這樣的話，對于植物進(jìn)化論來說，類病毒具有重要的意義，因?yàn)轭惒《镜奶匦允顾鼈儽绕渌鸕NA更有可能成為候選者，以執(zhí)行無生命物質(zhì)（生物發(fā)生）進(jìn)化過程中的關(guān)鍵步驟。 直到2014年，迪納的假設(shè)大部分都被遺忘了，當(dāng)時(shí)弗洛雷斯等人在一篇評論文章中重新提出了迪納的假設(shè)，其中作者總結(jié)了迪納支持他的假設(shè)的證據(jù)是：

1.由于容易出錯(cuò)的復(fù)制，類病毒體積小。

2.它們的鳥嘌呤和胞嘧啶含量高，從而增加了穩(wěn)定性和復(fù)制保真度。

3.它們的環(huán)形結(jié)構(gòu)可確保在沒有基因組標(biāo)簽的情況下完全復(fù)制。

4.存在結(jié)構(gòu)周期性，這允許將模塊組裝成擴(kuò)大的基因組。

5.它們?nèi)狈Φ鞍踪|(zhì)編碼能力，與無核糖體的棲息地一致。

6.某些復(fù)制是由核酶介導(dǎo)的——這是RNA世界的指紋。

? ? ? ?在現(xiàn)存的細(xì)胞中，RNA分子具有針對RNA世界的RNA預(yù)測的分子特性，這構(gòu)成了支持RNA世界假說的另一個(gè)有力論據(jù)。

歷史

? ? ? ? 在1920年代，在紐約和新澤西州的田野中發(fā)現(xiàn)了以前未知的馬鈴薯病的癥狀。 由于受影響植物上的塊莖變長且畸形，他們將其命名為馬鈴薯紡錘形塊莖病。

? ? ? ? 該癥狀出現(xiàn)在已經(jīng)從受影響的植物上萌芽的植物上，表明該病是由可傳播的病原體引起的。 但是，未發(fā)現(xiàn)真菌或細(xì)菌與帶有癥狀的植物一致地相關(guān)，因此，可以認(rèn)為該疾病是由病毒引起的。 盡管多年來進(jìn)行了許多嘗試，以使用越來越復(fù)雜的方法來分離和純化假定的病毒，但當(dāng)將其應(yīng)用于受馬鈴薯紡錘塊莖病侵害的植物的提取物時(shí)，這些方法仍未成功。

? ? ?? 1971年，西奧多·奧·迪納（Theodor O. Diener）指出，這種病原體不是病毒，而是一種完全出乎意料的新型病原體，是典型病毒大小的1/80，他為此提出了“類病毒”一詞。與農(nóng)業(yè)指導(dǎo)研究平行，更基礎(chǔ)的科學(xué)研究闡明了類病毒的許多物理，化學(xué)和大分子特性。 已顯示類病毒由短鏈（幾百個(gè)核堿基）的單鏈RNA組成，并且與病毒不同，它沒有蛋白被膜。 與其他傳染性植物病原體相比，類病毒的大小非常小，核堿基范圍為246至467。 因此，它們由少于10000個(gè)原子組成。 相比之下，已知最小的能夠自行引起感染的病毒的基因組長約2000個(gè)核堿基。

? ? ?? 1976年，S?nger等人提出的證據(jù)表明，馬鈴薯紡錘形塊莖類病毒是“單鏈，共價(jià)閉合的環(huán)狀RNA分子，以高度堿基配對的棒狀結(jié)構(gòu)形式存在”，被認(rèn)為是描述的第一個(gè)此類分子。 與線性RNA不同，環(huán)狀RNA形成共價(jià)閉合的連續(xù)環(huán)，其中線性RNA分子中存在的3'和5'末端已連接在一起。? S?nger等。 通過發(fā)現(xiàn)RNA在5'末端不能被磷酸化，也為類病毒的真正圓形性提供了證據(jù)。 然后，在其他測試中，他們甚至都找不到一個(gè)自由的3'末端，這排除了該分子具有兩個(gè)3'末端的可能性。 因此類病毒是真正的環(huán)狀RNA。

? ? ? ?電子顯微鏡證實(shí)了類病毒的單鏈和環(huán)度和Gross等。1978年確定了馬鈴薯紡錘塊莖類病毒的完整核苷酸序列。PSTVd是真核生物的第一個(gè)病原體，已經(jīng)為其建立了完整的分子結(jié)構(gòu)。 從那以后，已經(jīng)確定了三十多種植物病是由類病毒引起的，而不是由病毒引起的。

? ? ? ? ?2014年，《紐約時(shí)報(bào)》科學(xué)作家卡爾·齊默（Carl Zimmer）發(fā)表了一篇廣受歡迎的文章，但錯(cuò)誤地認(rèn)為弗洛雷斯（Flores）等人假設(shè)的原始概念。