Replikujące się koliste RNA są niezależnymi patogenami roślinnymi znanymi jako wiroidy lub działają w celu modulowania patogenezy wirusów roślinnych i zwierzęcych jako ich satelity RNA. Tempo odkrywania tych subwirusowych patogenów było niskie w ciągu ostatnich 40 lat, ponieważ klasyczne metody lat, ponieważ klasyczne metody są wymagające technicznie i czasochłonne. czasochłonne. Wcześniej opisaliśmy podejście do niezależnego od homologii odkrywania replikujących się kolistych RNA poprzez analizę całkowitych populacji małych RNA z próbek chorych tkanek za pomocą programu obliczeniowego znanego jako jako progresywne filtrowanie nakładających się małych RNA (PFOR). Jednak PFOR napisany w języku w języku PERL jest niezwykle powolny i nie jest w stanie odkryć tych subwirusowych patogenów, które nie patogenów, które nie powodują akumulacji in vivo nakładających się na siebie małych RNA. małych RNA. Co więcej, PFOR nie zidentyfikował jeszcze nowego wiroida zdolnego do zainicjowania niezależnej infekcji. niezależną infekcję. Tutaj przedstawiamy rozwój PFOR2, który przyjął programowanie równoległe w języku C++ i był od 3 do 8 razy szybszy niż PFOR. Nowy program obliczeniowy został dalej opracowany i włączony do PFOR2, aby umożliwić identyfikację kolistych RNA poprzez głębokie sekwencjonowanie długich RNA zamiast małych RNA. Analiza PFOR2 bibliotek małych RNA z winorośli i jabłoni doprowadziła do odkrycia ukrytego wiroida winorośli (GLVd) i Apple hammerhead viroid-like RNA (AHVd-like RNA), odpowiednio. GLVd został zaproponowany jako nowy gatunek w rodzaju Apscaviroid, ponieważ zawierał typowe elementy strukturalne występujące w tej grupie wiroidów i zainicjował niezależną infekcję sadzonek winorośli. RNA podobne do AHVd kodowało biologicznie aktywny rybozym młotkowy w obu biegunowościach i nie był specyficznie związany z żadnym z wirusów występujących w jabłoniach. My proponujemy, aby te algorytmy obliczeniowe miały potencjał do odkrywania nowych kolistych RNA u roślin, bezkręgowców i kręgowców, niezależnie od tego, czy replikują i/lub indukują akumulację małych RNA in vivo. --- Wiroidy to małe, koliste, jednoniciowe cząsteczki RNA, które powodują kilka chorób zakaźnych roślin. Wiroidy nie kodują żadnych peptydów specyficznych dla patogenów ale mimo to patogeny subwirusowe replikują się autonomicznie i rozprzestrzeniają w roślinie poprzez rekrutację białek gospodarza za pośrednictwem motywów funkcjonalnych zakodowanych w ich genomie RNA. RNA. W ciągu ostatnich kilku lat poczyniono znaczne postępy w kierunku zrozumienia, w jaki sposób wiroidy oddziałują ze swoimi gospodarzami. Tutaj podsumowujemy najnowsze odkrycia dotyczące relacji struktura-funkcja wiroidów, ich strategii strategie i mechanizmy replikacji i transportu, a także identyfikację i charakterystykę oddziałujących białek gospodarza. Opisujemy również wpływ RNA roślin na RNA wiroidów i jak zaczęło to wpływać na nasze modele replikacji wiroidów. wpływać na nasze modele replikacji i patogeniczności wiroidów. --- Wiroidy, subwirusowe patogeny roślin, składają się z jednoniciowego jednoniciowego RNA o długości 246-399 nukleotydów. Wśród 27 zsekwencjonowanych wiroidów, awokado plamistość słoneczna awokado, utajona mozaika brzoskwini i wiroidy chlorotycznej plamistości chryzantemy (odpowiednio ASBVd, PLMVd i CChMVd) mogą tworzyć struktury młotkowe w obu ich nici biegunowości. Te rybozymy pośredniczą w samolikwidacji oligomerycznych RNA generowanych podczas replikacji poprzez mechanizm toczącego się koła, którego dwa pozostałe etapy są katalizowane przez polimerazę RNA i ligazę RNA. ASBVd i prawdopodobnie PLMVd i CChMVd replikują się i gromadzą w chloroplaście, podczas gdy typowe wirusy chloroplaście, podczas gdy typowe wiroidy replikują się i gromadzą w jądrze. PLMVd i CChMVd nie przyjmują pręcikowej lub quasi-pręcikowej struktury wtórnej jak typowe wiroidy, ale mają wysoce rozgałęzioną konformację. Determinant patogeniczności została zmapowana w określonym regionie cząsteczki CChMVd. --- Wiroidy to patogeny roślinne, których genomy składają się z jednoniciowej, kowalencyjnie zamkniętej cząsteczki RNA. jednoniciową i kowalencyjnie zamkniętą małą cząsteczkę RNA, która nie koduje żadnego białka. dla żadnego białka. Pomimo tej genomowej prostoty, są one w stanie wywołać niszczycielskich objawów u podatnych roślin. Większość z 29 opisanych gatunków wiroidów składa się w strukturę pręcikową lub quasi-pręcikową, podczas gdy kilka z nich składa się jako struktury rozgałęzione. Kształt tych struktur RNA jest prawdopodobnie jedną z najbardziej charakterystycznych właściwości wiroidów i czasami jest uważany za ich jedyny fenotyp. ich jedyny fenotyp. Tutaj wykorzystujemy algorytmy przewidywania termodynamicznej struktury drugorzędowej RNA do porównania odporności mutacyjnej wszystkich gatunków wiroidów. Po scharakteryzowaniu statystycznych właściwości rozkładu mutacji wpływu mutacji na stabilność struktury i szerokość neutralnego sąsiedztwa dla każdego gatunku gatunków wiroidów, pokazujemy ewolucyjny trend w kierunku zwiększonej strukturalnej strukturalnej podczas radiacji wiroidów, wspierając adaptacyjną wartość odporności. odporności. Różnice w odporności między 2 rodzinami wiroidów można wyjaśnić większą kruchością rozgałęzionych struktur w porównaniu z pręcikowymi. Pokazujemy również, że redundancja genomowa może przyczynić się do odporność tych prostych genomów RNA. --- Badania przeprowadzone w ciągu ostatnich 15 lat niezbicie wykazały, że wiroidy są nie tylko nie tylko zasadniczo różnią się od wirusów na poziomie molekularnym, ale także najprawdopodobniej nie są bezpośrednio spokrewnione z wirusami w sensie ewolucyjnym. Dzisiaj, wiroidy są jednymi z najdokładniej zbadanych makrocząsteczek biologicznych. Ich ich struktury molekularne zostały w znacznym stopniu wyjaśnione, ale wiele pozostaje jeszcze do w zakresie korelacji między strukturą molekularną a funkcją biologiczną. biologiczną. Dostępność narzędzi technologii rekombinacji DNA w badaniach nad wiroidami obiecuje szybki postęp w tych obszarach. obiecuje szybki postęp w tych obszarach badań. --- Od czasu odkrycia niekodujących, małych, wysoce ustrukturyzowanych, satelitarnych RNA (satRNA) i wiroidów jako subwirusowych patogenów roślin, były one bardzo biologów molekularnych jako możliwe żywe skamieniałości przedkomórkowej ewolucji w świecie RNA. ewolucji w świecie RNA. Pomimo szeroko zakrojonych badań przeprowadzonych w ciągu ostatnich czterech w ciągu ostatnich czterech dekad, nadal istnieje tajemnica dotycząca pochodzenia i ewolucji między tymi patogenami subwirusowymi. Ostatnie postępy techniczne ujawniły pewne wspólne cechy replikacji między tymi dwoma subwirusowymi patogenami. patogenami. W niniejszym przeglądzie omawiamy nasze obecne postrzeganie replikacji i ewolucyjne pochodzenie tych drobnych patogenów RNA. --- TŁO: Wiroidy, satelitarne RNA, wirusy satelitarne i ludzki wirus zapalenia wątroby typu delta tworzą "bractwo" najmniejszych znanych zakaźnych czynników RNA, znanych jako subwirusowe RNA. W przypadku większości tych gatunków ogólnie przyjmuje się, że że cechy takie jak ruch komórek, replikacja, specyficzność gospodarza i patogenność są zakodowane w ich sekwencjach RNA i wynikających z nich strukturach RNA. strukturach RNA. Chociaż wiele sekwencji jest indeksowanych w publicznie dostępnych bazach danych, te bazy danych adnotacji sekwencji nie zapewniają zaawansowanego wyszukiwania i możliwości manipulacji danymi w celu identyfikacji i scharakteryzowania subwirusowych motywów RNA RNA. OPIS: Baza danych Subviral RNA jest środowiskiem internetowym, które ułatwia badania i analizę wiroidów, satelitarnych RNA, satelitów wirusów, ludzkiego wirusa zapalenia wątroby typu delta i powiązanych sekwencji RNA. To integruje dużą liczbę podwirusowych sekwencji RNA, ich odpowiednie motywy RNA motywy RNA, narzędzia do analizy, powiązane linki do publikacji i dodatkowe istotne informacje (np. linki, konferencje, ogłoszenia), umożliwiając użytkownikom efektywnie pobierać i analizować istotne informacje na temat tych małych RNA RNA. WNIOSEK: Dzięki swojemu projektowi, Subviral RNA Database może być uważana za podstawowy element do badania tych powiązanych RNA. Jest ona dostępna bezpłatnie dostępna za pośrednictwem przeglądarki internetowej pod adresem URL: http://subviral.med.uottawa.ca. --- Wbrew wcześniejszym przekonaniom, wirusy nie są najmniejszymi czynnikami wywołującymi choroby zakaźne. chorób zakaźnych. Jednoniciowe RNA o wielkości zaledwie 246 nukleotydów występuje w niektórych roślinach wyższych i powodują kilkanaście chorób roślin uprawnych. Te RNA zostały zostały nazwane wiroidami. Pomimo ich niezwykle ograniczonej zawartości informacyjnej, wiroidy replikują się autonomicznie w podatnych komórkach - to znaczy, że nie nie wymagają funkcji pomocniczych od jednocześnie replikujących się konwencjonalnych wirusów. Wiroidy są kowalencyjnie zamkniętymi okrągłymi cząsteczkami o charakterystycznej pręcikowej w której krótkie regiony spiralne są przerywane przez wewnętrzne pętle i wybrzuszenia. i pętle wybrzuszenia. Wiroidy nie podlegają translacji; są replikowane przez enzym (lub enzymy) gospodarza. gospodarza (lub enzymy) (prawdopodobnie polimerazę RNA II) poprzez oligomeryczne RNA przez oligomeryczne RNA pośrednie za pomocą mechanizmu toczącego się koła. Satelitarne RNA podobne do wiroidów przypominają wiroidy pod względem wielkości i struktury molekularnej, ale znajdują się w kapsydzie specyficznych wirusów pomocniczych, od których zależy ich własna replikacja. Te RNA są bardzo interesujące dla biologii molekularnej z co najmniej dwóch powodów: 1) są one najmniejszymi i najprostszymi znanymi replikującymi się cząsteczkami, oraz 2) mogą one mogą reprezentować żywe skamieniałości ewolucji przedkomórkowej w hipotetycznym świecie RNA. --- Powszechnym wyzwaniem w odkrywaniu patogenów za pomocą głębokiego sekwencjonowania jest rozpoznanie patogenów wirusowych lub subwirusowych w próbkach chorej tkanki, które mają nie mają znaczącej homologii ze znanym patogenem. Tutaj przedstawiamy niezależne od homologii podejście do odkrywania wiroidów, odrębnej klasy wolnych RNA, które nie kodują białek i są znane z infekowania wyłącznie roślin. tylko rośliny. Nasze podejście obejmuje analizę sekwencji całkowitego małego RNA zainfekowanych roślin uzyskanych przez głębokie sekwencjonowanie z unikalnym algorytmem obliczeniowym. algorytmu obliczeniowego, progresywnego filtrowania nakładających się małych RNA (PFOR). Infekcja wiroidem wyzwala produkcję pochodzących z wiroida nakładających się siRNA, które pokrywają cały genom z dużą gęstością. PFOR zachowuje siRNA specyficzne dla wiroidów do montażu genomu poprzez stopniowe eliminowanie nienakładających się małych RNA i które nakładają się na siebie, ale nie mogą być złożone w bezpośrednie powtórzenie RNA, które jest syntetyzowane z kolistych lub multimerycznych szablonów o powtarzających się sekwencjach podczas replikacji podczas replikacji wiroidów. Pokazujemy, że wiroidy z dwóch znanych rodzin są łatwo zidentyfikowane, a ich sekwencje o pełnej długości zmontowane przez PFOR z małych RNA sekwencjonowanych z zainfekowanych roślin. Analiza PFOR biblioteki winorośli dalej zidentyfikowano podobny do wiroida kolisty RNA o długości 375 nt, który nie miał znaczącej homologii sekwencji ze znanymi cząsteczkami i kodował aktywne rybozymy młotkowe w RNA o polaryzacji dodatniej i ujemnej, które przypuszczalnie ulegają samorozdzieleniu w celu uwolnienia monomeru z multimerycznych replikacyjnych produktów pośrednich. Potencjalne zastosowanie zastosowanie podejścia niezależnego od homologii do odkrywania wiroidów w gatunkach roślin i gatunkach zwierząt, gdzie replikacja RNA wyzwala biogenezę siRNA. omówione.
Jakie są najmniejsze znane subwirusowe patogeny roślin?
Wbrew wcześniejszym przekonaniom, wirusy nie są najmniejszymi czynnikami wywołującymi choroby zakaźne. Jednoniciowe RNA o wielkości zaledwie 246 nukleotydów występują w niektórych roślinach wyższych i powodują kilkanaście chorób roślin uprawnych. Te RNA zostały nazwane wiroidami. Wiroidy to roślinne patogeny podwirusowe, których genomy składają się z jednoniciowej i kowalencyjnie zamkniętej małej cząsteczki RNA, która nie koduje żadnego białka.