Pflanzen können Viren sein, die Umgestaltung unserer Welt

Pflanzen können Viren sein, die Umgestaltung unserer Welt

Die Gemeinschaft der Viren ist umwerfend groß. Besetzen alle erdenklichen biologischen Nische, aus der sengenden Unterwasser-öffnungen auf der eisigen tundra, diese rätselhaften Invasoren, schwebt zwischen inerte Materie und Leben, umrunden den Globus in den Hunderten von Billionen. Sie sind die am häufigsten vorkommenden Lebensformen auf der Erde.

Viren sind zu Recht gefürchtet wie genial Krankheitserreger verursachen Krankheiten in alles, was Sie erobern, darunter praktisch alle Bakterien, Pilze, Pflanzen und Tiere. Die jüngsten Fortschritte auf dem Gebiet der Virologie, legen jedoch nahe, dass Viren spielen eine größere und komplexere Rolle als bisher geschätzt, und möglicherweise wesentlich für das funktionieren der vielfältigen ökosysteme.

Wir wissen jetzt, dass Menschen enthalten rund 100.000 Stück der viralen DNA-Elemente, die etwa 8 Prozent unseres Genoms. Spekulationen über die Rolle dieser alten virale Fragmente reicht von Schutz vor Krankheit zu erhöhen das Risiko von Krebs oder anderen schweren Krankheiten, obwohl die Forscher bestätigen, Sie haben kaum an der Oberfläche gekratzt dieser enigma.

Eine neue review-Artikel erscheint in der Fachzeitschrift Nature Reviews Microbiology highlights der evolution und ökologie von pflanze-Viren. Arvind Varsani, ein Forscher an der ASU das Biodesign-Institut schließt sich einem internationalen team zur Erkundung der vielen details der viralen Dynamik. Sie beschreiben die subtilen Wechselspiel zwischen drei Komponenten der viralen Infektion Prozess, der virus selbst, die pflanzliche Zell-hosts mit dem virus infiziert und die Vektoren, die als go-betweens, — ein kompliziertes system sich im Laufe der rund 450 Millionen Jahren. Alle drei Elemente sind eingebettet in breitere Beziehungen der Sie umgebenden ökosystem.

Neuere Studien im Bereich der Virologie haben gezeigt, dass Viren manchmal von Vorteil für die Organismen, die Sie infizieren. „Vor diesem Menschen haben immer gesehen werden Viren als Krankheitserreger Entitäten,“ Varsani sagt. „Das bricht alle Dogmen, wie wir die Studie von Viren. Wir haben einen Abschnitt, wo wir überprüfen, mutualismus und Symbiose, und auch, wie einige der symbiotischen Beziehungen werden abgekoppelt.“

Schwer wanderer

1892, Dmitri Iwanowski, ein russischer Botaniker, führte ein einfaches experiment, das hätte folgenschwere Auswirkungen für die Wissenschaft und Medizin. Er sammelte sap von einer erkrankten tabakpflanze, gefüttert, der Stoff, durch sehr feine Poren haben gezeigt, dass die gefilterte Flüssigkeit infizieren könnten eine gesunde tabakpflanze. Die Filterung sichergestellt, dass unabhängig von der Krankheit-verursachenden Person war, war es kleiner als ein Bakterium. Eine Niederländische Anlage-Spezialist und Mikrobiologen Martinus Beijerinck nannte die mysteriöse pathogenen Substanz, ein virus, obwohl seine wahre form-unsichtbar für Licht-Mikroskopie-nur erschien 1931 mit der Erfindung des Elektronenmikroskops. Eine Stab-förmige Anlage Eindringling, bekannt als Tabak-Mosaik-virus, zeigten sich — der erste virus auf Platte. Seit dieser Zeit Tausende von unterschiedlichen Arten identifiziert wurden, doch Sie repräsentieren nur einen winzigen Bruchteil des viralen Universums, von denen die meisten noch unerforscht.

In der Tat, auch die Frage, was ein virus hat keine einfache Antwort. Ihre Größen variieren enorm, von einem virus wie Ebola, das tragen einer winzigen Handvoll von Genen, die kürzlich entdeckten riesigen Viren. Die rivalisierenden einige Bakterien in der Größe, Riesen-Viren tragen können Elemente der Maschinen benötigt, für die übersetzung, werfen Ihren status als nicht-lebendige Entitäten in Frage.

„Die Art und Weise sehe ich die Viren jetzt aus einem philosophischen Blickwinkel,“ Varsani sagt. „Sie sind eine dynamische Person, und Sie haben mehrere Lebensstile, reichen von der Grundlagenforschung, wo das virus vollständig reliant auf den host, der für die Replikation, um einige Fälle, in denen es nur teilweise angewiesen auf die Gastgeber.“ Weil manche Viren entwickeln sich so schnell, den Handel und den Erwerb von neuen genetischen Elemente, Ihre Genome werden können Chimäre oder sogar fragmentiert, so dass Ihre richtige Zuordnung zu einer ernsthaften Herausforderung für den Bereich der Virologie.

Aus der Sicht der ökologie, Pflanzen-Viren sind besonders wichtig für eine Reihe von Gründen. Pflanzen bilden über 80 Prozent der Biomasse auf der Erde ist, übt einen größeren Einfluss auf den Planeten vielfältigen ökosysteme als Viren infizieren die anderen Königreiche des Lebens. Pflanzenviren haben offensichtlich Bedeutung für Nahrungspflanzen und Zierpflanzen, und eine Reihe von Viren sind verantwortlich für eine geschätzte $60-Milliarden-Ernte-Verluste weltweit jedes Jahr.

Zur Erfassung der erstaunliche Reichtum des Planeten ist wie ein Virus-Universum haben Forscher schon über die frühen Methoden der Ortung einzelner Viruspartikel an und analysieren Sie. Techniken der metaviromics werden verwendet, um die Sonde Umgebungen für das volle Spektrum von Viren, die Sie enthalten. Die Methode, die sich auf zusammenstückeln mehrerer DNA-oder RNA-Genome aus Umweltproben, vor kurzem wurde Sie verwendet, um zu identifizieren, die eine große Zahl von bisher nicht dokumentierten Viren. Im Falle von Pflanzenviren, diese viralen Fragmente sind oft extrahiert aus der Insekten-Vektoren, die Fähre die Viren von pflanze zu pflanze.

Neue Methoden entdecken eine Unzahl von neuen Viren

Metaviromic Sequenzierung ist eine besonders leistungsstarke Technik für die Untersuchung der viralen Gemeinden. Im Gegensatz zu zellulären Lebens, die einen einzigen, gemeinsamen Ursprung, sind Viren polyphyletic, was bedeutet, dass Sie sind das Ergebnis von mehreren Ursprüngen. Kein einzelnes gen identifiziert worden, die von allen geteilt wird-Viren. Während die häufigsten protein-Motive beobachtet wurden, die in der viralen capsids, diese sind wahrscheinlich das Ergebnis konvergenter evolution oder horizontalen gen-transfer, sondern als vererbter Elemente.

Die Strategie der metaviromics ist besonders nützlich für die Herausarbeitung mutualistische Beziehungen zwischen Pflanzen, Vektoren und Viren und deren Beziehungen ändern im Laufe der Zeit. Wie so viel Forschung seit der Gründung der Virologie konzentriert sich auf die Viren als Erreger von Krankheiten bei Menschen und Pflanzen, der Natur und dem Grad der mutualistische Interaktionen zwischen Viren, Vektoren und hosts ist wahrscheinlich unterrepräsentiert.

Die Autoren spekulieren, dass Viren möglicherweise eine wichtige Rolle bei der Erhaltung der Artenvielfalt und hilft, die Pflanzen an Ihre Umwelt anpassen durch die Begrenzung das Wachstum der genetisch homogener Pflanzen, einschließlich Pflanzen. Neue Studien der viralen ökologie zu verstehen versuchen, das Ausmaß und die Bedeutung der pathogene und mutualistische Interaktionen. Ein all-wichtiges Glied in der Kette der Infektion ist das Verhalten bestimmter Insekten-Vektoren und Ihre Modi der viralen übertragung, obwohl zahlreiche andere Faktoren ins Spiel kommen, einschließlich Nährstoffe, Wasser, Hitze und Kälte, stress und widrigen Bodenverhältnissen.

Virale Vermittler

Vektoren spielen eine übergroße Rolle in der Welt der Pflanzenviren. Im Gegensatz zu tierischen Viren, Pflanzen-Viren sind nicht in der Regel übertragen durch direkten Kontakt zwischen infizierten und nicht infizierten Personen. Stattdessen plant Viren, die Verbreitung von durch Vektoren (vor allem Insekten) sowie durch pollen und Samen.

Es wird angenommen, dass der Modus der viralen übertragung spielt eine Rolle in der virus-Effekt‘ auf seinem host. Wenn der virus übertragen wird über Samen oder pollen, die virus sollte beschränken Ihre schädliche Wirkung auf die reproduktiven Erfolg der Gastgeber-pflanze, vielleicht sogar die Vermittlung eines adaptiven Vorteil gegenüber nicht-infizierten Pflanzen.

Die virale passage von den Eltern an die Tochter pflanze ist bekannt als die vertikale übertragung. Durch Kontrast, horizontale viralen übertragung tritt auf, wenn Insekten Vektoren transit die Viren von pflanze zu pflanze. Vektor-borne-Angriffe sein können, mehr gnadenlos auf der infizierten pflanze und müssen nur sicherstellen, dass Ihre fortgesetzte Ausbreitung, um eine geeignete Anzahl von gesunden Pflanzen, die für das virus erfolgreich zu sein.

Viele Arten von Vektoren, die Pflanzenviren übertragen können, einschließlich der Spinnentiere, Pilze, Nematoden, und einige protists, obwohl mehr als 70 Prozent der bekannten Pflanzen-Viren werden durch Insekten übertragen werden, die meisten von der biologischen Ordnung Hemiptera, die beinhaltet, Zikaden, Blattläuse, planthoppers, Zikaden, Schild-bugs.

Insekten dieser Art verwenden kann, Mundwerkzeuge gebaut für piercing und extrahieren von sap oder plant cell material. Insekt übertragung von Pflanzenviren kann durch die Ausscheidung von viruspartikeln in Speichel folgenden Fütterung auf einer infizierten pflanze. Alternativ wird die pflanze virus kann sich dauerhaft eingebunden in die Insekten, die Speicheldrüsen, so dass der Vektor um den virus zu übertragen, um neue Pflanzen in der ganzen Insekten Leben.

Faszinierend, eine Reihe von Insekt-pflanze übertragen können Viren haben Mechanismen entwickelt, sich zu beeinflussen, Vektor, Verhalten, so dass befallene Pflanzen attraktiver zu sap-Fütterung-Insekten oder die Gewährleistung, dass die infizierten Pflanzen produzieren Chemikalien, fördern Insekten Verhaltensweisen, die helfen, erleichtern die übermittlung.

Zusätzlich zu Ihrer umfangreichen und abwechslungsreichen Ketten-Infektion, einige Pflanzenviren haben eine andere einzigartige Eigenschaft. Solche Viren übertragen Ihre Genome in mehrere Pakete, die jeweils nur einen Teil des virus‘ komplette genetische code, gekapselt in einer separaten virus-Partikel. Diese eigenartige Strategie, die erfordert die co-übertragung von mehreren viralen Partikel zu einem neuen host, um sicherzustellen, dass die Integrität des viralen Genoms, ist ein feature, geglaubt, um einzigartige Pflanzen-Viren. Die Natur und evolution dieser sogenannte multipartite Viren bleibt ein biologisches Rätsel.

Pflanzenviren Anzeige erhebliche Einfallsreichtum in Ihre Strategien, die stark abhängig von Ihrer jeweiligen Umwelt. Einige sind Generalisten, der Invasion mehrere Arten, während andere Viren sind die Spezialisten, die zugunsten einer kleinen Anzahl von Wirten. Diese Selektivität kann sich entwickeln mit der Zeit, durch einen Prozess bekannt als adaptive radiation. Dies tritt normalerweise auf, wenn ein virus vor einer heterogenen Lebensraum und wird adaptiv spezialisiert zu nutzen, insbesondere ökologischen Ressourcen, während immer maladapted, andere auszubeuten. Solche Spezialisierung Handlungen zu beschränken, den Wettbewerb zwischen verschiedenen viralen Linien oder Arten. Alternativ generalist Viren infizieren mehrere Wirtspflanzen, sondern müssen sich der Konkurrenz für diese Ressourcen mit anderen Viren. Diese situation führt tendenziell zu einer viralen population von geringer Vielfalt, dominiert von den meisten akut angepasst viralen Genotypen.

Die Ankunft von Viren

Während die Forscher einig, dass Viren fehlen einer einzigen gemeinsamen Vorfahren, die ein detailliertes Bild davon, wie (und Wann) Sie tauchten in das Netz des Lebens bleibt tief angefochten. Drei gängige Hypothesen konkurrieren um die Vorherrschaft als einen erklärenden Rahmen, obwohl Sie sich nicht gegenseitig ausschließen. Vielleicht Viren entwickelt von frei-lebenden Zellen, wie die Dezentralisierung oder regressiv-Hypothese besagt. Sie könnten auch entstanden sein aus RNA-und DNA-Moleküle, die irgendwie entkommen, die aus lebenden Zellen. Alternativ können Viren haben, die Sie früher einmal gab, als selbst replizierende Einheiten, die sich neben den Zellen, die schließlich zu verlieren, Ihren unabhängigen status.

Laufende metaviromic Forschung der viralen Vielfalt hilft aufzudecken, die grundlegenden Beziehungen zwischen Viren und pinpoint-gemeinsame Wurzeln bei vielen Pflanzen -, Pilz-und Arthropoden-Viren. Ein besonderes Anliegen für die Zukunft sind die Wege, die durch den Menschen verursachte Störungen der ökosysteme auf der Erde, die auftreten, zu günstigen Preisen, die beispiellos in der Geschichte der Erde, sind die Reform der virus, Vektor und Wirt-Beziehung.

Die Auswirkungen dieser Störungen können zu fördern, auftauchende Viren mit erhöhten Fähigkeiten, um die Krankheiten verursachen in Ihren Wirten. Als ökologische Gemeinschaften werden mehr eng verwoben durch änderungen in der Landnutzung, vorhandene Interaktions-Netzwerke, die gehandelt haben, über evolutionäre Zeit zu stabilisieren host-Beziehungen mit einheimischen Vektoren und Viren können sich plötzlich verschieben. Jeder tödliche Einheit der Eingabe diese Art der gestörten ökosystem ist viel likelier, um schnell Verbreitung in der Bevölkerung und aggressiv fegen durch verschiedene Organismen. Die Zukunft der Gesundheit und Nachhaltigkeit für Mensch und pflanze wird die Bevölkerung profitieren von einem besseren Verständnis der vielen subtilen Zusammenhänge für die am weitesten verbreiteten Viren-diese Pflanzen besiedeln.