Bài giảng Virus thực vật, Phytoplasma và Viroid

Nội dung text: Bài giảng Virus thực vật, Phytoplasma và Viroid

1. VIRUS THỰC VẬT, PHYTOPLASMA VÀ VIROID
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC NƠNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA NƠNG HỌC VIRUS THỰC VẬT, PHYTOPLASMA VÀ VIROID (Bài giảng) Biên soạn TS. Hà Viết Cƣờng Hà Nội, 2010 1
3. MỤC LỤC MỤC LỤC 2 LỜI NĨI ĐẦU 6 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 7 DANH SÁCH BẢNG 8 DANH SÁCH HÌNH 9 PHẦN I: ĐẠI CƢƠNG 12 CHUƠNG 1. GIỚI THIỆU 13 1.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 13 1.2 LỊCH SỬ VIRUS 13 1.3 CÁC CỘT MỐC LỊCH SỬ QUAN TRỌNG KHÁC 14 1.4 THUÂT NGỮ VIRUS 15 1.5 ĐỊNH NGHĨA VIRUS 15 1.6 NGUỒN GỐC VIRUS 16 1.7 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIRUS THỰC VẬT 17 1.8 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 1 18 1.9 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 18 CHƢƠNG 2. PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP 19 2.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 19 2.2 PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP 19 2.3 LịCH SỬ DANH PHÁP VÀ PHÂN LOẠI VIRUS 19 2.4 ỦY BAN PHÂN LOẠI VIRUS QUỐC TẾ (ICTV) 20 2.5 DANH PHÁP VIRUS HIỆN TẠI THEO ICTV 22 2.6 PHÂN BIỆT VIRUS VÀ LỒI VIRUS 23 2.7 KHÁI NIỆM LỒI VIRUS 23 2.8 CÁC CHỈ TIÊU PHÂN LOẠI VIRUS 24 2.9 HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VIRUS HIỆN TẠI THEO ICTV 26 2.10 HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VIRUS THEO BALTIMORE 28 2.11 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 2 29 2.12 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 29 CHƢƠNG 3. HÌNH THÁI VÀ CẤU TRÚC VIRUS 31 3.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 31 3.2 MỘT SỐ THUẬT NGỮ 31 3.3 HÌNH THÁI VIRUS 31 3.4 VIRUS TRẦN VÀ VIRUS CĨ VỎ BỌC 31 3.5 CẤU TRƯC PHÂN TỬ VIRUS 33 3.6 CẤU TRƯC DẠNG KHỐI ĐA DIỆN ĐỐI XỨNG (ICOSAHEDRON) 33 3.7 CÁC PHÂN TỬ VỚI KHỐI ĐA DIỆN ĐỐI XỨNG DÀI 36 3.8 CẤU TRƯC ĐỐI XỨNG XOẮN 36 3.9 CẤU TRƯC KHƠNG ĐỐI XỨNG (PHỨC TẠP) 37 3.10 THÀNH PHẦN CẤU TẠO CỦA PHÂN TỬ VIRUS 38 3.11 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 3 39 3.12 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 39 CHƢƠNG 4. TÁI SINH VIRUS (REPLICATION) 40 4.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 40 4.2 KHÁI NIỆM 40 4.3 ĐẶC ĐIỂM TÁI SINH VIRUS 40 4.4 TÁI SINH CỦA CÁC VIRUS CĨ BỘ GEN RNA SỢI (+) 40 4.5 TÁI SINH CỦA CÁC VIRUS CĨ BỘ GEN RNA SỢI (-) 44 4.6 TÁI SINH CỦA VIRUS RNA SỢI KÉP 45 4.7 TÁI SINH CỦA VIRUS RNA QUA PHIÊN MÃ NGƢỢC (RETROVIRUS) 47 4.8 TÁI SINH CỦA VIRUS DNA SỢI VÕNG ĐƠN 50 4.9 TÁI SINH CỦA VIRUS DNA SỢI VÕNG KÉP PHIÊN MÃ NGƢỢC (PARARETROVIRUS) 51 4.10 CÁC CHIẾN LƢỢC DỊCH MÃ CỦA VIRUS THỰC VÂT 53 4.11 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 4 58 2
4. 4.12 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 58 CHƢƠNG 5. SỰ DI CHUYỂN CỦA VIRUS TRONG CÂY 60 5.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 60 5.2 DI CHUYỂN GIỮA CÁC TẾ BÀO 60 5.3 DI CHUYỂN HỆ THỐNG QUA KHOẢNG CÁCH XA 62 5.4 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 5 63 5.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 63 CHƢƠNG 6. CƠ CHẾ GÂY BỆNH CỦA VIRUS THỰC VẬT 64 6.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 64 6.2 TRIỆU CHỨNG BỆNH VIRUS 64 6.3 HAI MƠ HÌNH GIẢI THÍCH CƠ CHẾ GÂY BỆNH CỦA VIRUS 65 6.4 CÁC CƠ CHẾ GÂY BỆNH CỦA VIRUS 66 6.5 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 6 68 6.6 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 68 CHƢƠNG 7. LAN TRUYỀN CỦA VIRUS THỰC VẬT 69 7.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 69 7.2 GIỚI THIỆU 69 7.3 LAN TRUYỀN QUA TIẾP XƯC CƠ HỌC 69 7.4 LAN TRUYỀN QUA NHÂN GIỐNG VƠ TÍNH 69 7.5 TRUYỀN QUA HẠT GIỐNG (SEED) 70 7.6 LAN TRUYỀN QUA MƠI GIỚI (CỰC KỲ QUAN TRỌNG) 71 7.7 CƠ CHẾ TRUYỀN VIRUS NHỜ VECTOR CƠN TRÙNG 71 7.8 HÀNH VI CHÍCH HƯT CỦA CƠN TRÙNG BỘ HEMIPTERA 73 7.9 LAN TRUYỀN VIRUS THEO KIỂU KHƠNG BỀN VỮNG 73 7.10 LAN TRUYỀN VIRUS THEO KIỂU BÁN BỀN VỮNG 77 7.11 LAN TRUYỀN VIRUS THEO KIỂU BỀN VỮNG TUẦN HỒN 78 7.12 TRUYỀN THEO KIỂU BỀN VỮNG TÁI SINH 79 7.13 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 7 81 7.14 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 82 CHƢƠNG 8. PHỊNG CHỐNG BỆNH VIRUS THỰC VẬT 83 8.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 83 8.2 CÁC CHIẾN LƢỢC PHÕNG CHỐNG BỆNH VIRUS 83 8.3 SỬ DỤNG VẬT LIỆU GIỐNG SÁCH BỆNH 83 8.4 SỬ DỤNG GIỐNG KHÁNG BỆNH MANG GEN KHÁNG CỦA CÂY 83 8.5 SỬ DỤNG GIỐNG KHÁNG BỆNH DÙNG GEN VIRUS 86 8.6 ỨNG DỤNG TÍNH KHÁNG TẠO ĐƢỢC (INDUCED RESISTANCE) 92 8.7 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 8 96 8.8 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 97 CHƢƠNG 9. CHẨN ĐỐN BỆNH VIRUS THỰC VẬT 99 9.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 99 9.2 GIỚI THIỆU 99 9.3 CHẨN ĐỐN DỰA VÀO TRIỆU CHỨNG 99 9.4 CHẨN ĐỐN DỰA VÀO CÂY CHỈ THỊ 99 9.5 KĨ THUẬT HIỂN VI ĐIỆN TỬ 100 9.6 KĨ THUẬT CHẨN ĐỐN DỰA VÀO THỂ VÙI 101 9.7 KĨ THUẬT PCR VÀ RT-PCR 102 9.8 CHẨN ĐỐN DỰA VÀO RNA SỢI KÉP 106 9.9 CHẨN ĐỐN DỰA VÀO HUYẾT THANH HỌC 106 9.10 CÁC KĨ THUẬT DOT BLOT 112 9.11 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 9 113 9.12 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 113 PHẦN II: CHUYÊN KHOA 114 CHƢƠNG 10. CÁC VIRUS THỰC VẬT Ở VIỆT NAM 115 10.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 115 10.2 CÁC VIRUS ĐƢỢC PHÁT HIỆN Ở VIỆT NAM 115 10.3 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 119 3
5. CHƢƠNG 11. VIRUS DNA SỢI KÉP (PHIÊN MÃ NGƯỢC): HỌ CAULIMOVIRIDAE 121 11.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 121 11.2 HỌ CAULIMOVIRIDAE 121 11.3 RICE TUNGRO BACILLIFORM VIRUS 122 11.4 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 11 124 11.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 124 CHƢƠNG 12. VIRUS DNA SỢI ĐƠN: CHI BEGOMOVIRUS (HỌ GEMINIVIRIDAE) 125 12.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 125 12.2 HỌ GEMINIVIRIDAE 125 12.3 CHI BEGOMOVIRUS 126 12.4 BỆNH DO BEGOMOVIRUS 130 12.5 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 12 133 12.6 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 134 CHƢƠNG 13. VIRUS DNA SỢI ĐƠN (TIẾP): CHI BABUVIRUS (HỌ NANOVIRIDAE) 135 13.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 135 13.2 HỌ NANOVIRIDAE 135 13.3 BANANA BUNCHY TOP VIRUS (BBTV) 137 13.4 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 13 138 13.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 138 CHƢƠNG 14. VIRUS RNA SỢI ĐƠN CỰC DƯƠNG: CHI TOBAMOVIRUS (HỌ VIRGAVIRIDAE) 139 14.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 139 14.2 HỌ VIRGAVIRIDAE 139 14.3 CHI TOBAMOVIRUS 139 14.4 TOBACCO MOSAIC VIRUS (TMV) 140 14.5 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 14 144 14.6 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 144 CHƢƠNG 15. VIRUS RNA SỢI ĐƠN CỰC DƯƠNG (TIẾP): CHI POTYVIRUS (HỌ POTYVIRIDAE) 145 15.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 145 15.2 HỌ POTYVIRIDAE 145 15.3 CHI POTYVIRUS 146 15.4 PAPAYA RING SPOT VIRUS (PRSV) 150 15.5 POTATO VIRUS Y (PVY) 152 15.6 BEAN COMMON MOSAIC VIRUS (BCMV) 155 15.7 SUGARCANE MOSAIC VIRUS (SCMV) VÀ SORGHUM MOSAIC VIRUS (SRMV) 160 15.8 ONION YELLOW DWARF VIRUS (OYDV), LEEK YELLOW STRIPE VIRUS (LYSV) VÀ SHALLOT YELLOW STRIPE VIRUS (SYSV) 163 15.9 TURNIP MOSAIC VIRUS (TUMV) 164 15.10 DASHEEN MOSAIC VIRUS (DSMV) 166 15.11 SWEET POTATO FEATHERY MOTTLE VIRUS (SPFMV) 167 15.12 ZUCCHINI YELLOW MOSAIC VIRUS (ZYMV) 168 15.13 CHILLI VEINAL MOTLE VIRUS (CHIVMV) VÀ CHILLI RINGSPOT VIRUS (CHIRSV) 170 15.14 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 15 171 15.15 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 171 CHƢƠNG 16. VIRUS RNA SỢI ĐƠN CỰC ÂM: RHABDOVIRUS 173 16.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 173 16.2 HỌ RHABDOVIRIDAE 173 16.3 RICE YELLOW STUNT VIRUS (RYSV) 175 16.4 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 16 178 16.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 178 CHƢƠNG 17. VIRUS RNA SỢI ĐƠN CỰC ÂM (TIẾP): TOSPOVIRUS 179 17.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 179 17.2 HỌ BUNYAVIRIDAE 179 17.3 CHI TOSPOVIRUS 179 17.4 TOMATO SPOTTED WILT VIRUS (TSWV) 180 17.5 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 17 183 17.6 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 183 4
6. CHƢƠNG 18. CÁC VIRUS RNA SỢI KÉP: HỌ REOVIRIDAE 184 18.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 184 18.2 HỌ REOVIRIDAE 184 18.3 RICE RAGGED STUNT VIRUS (RRSV) 186 18.4 SOUTHERN RICE BLACK-STREAKED DWARF VIRUS (SRBSDV) 189 18.5 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 18 192 18.6 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 192 CHƢƠNG 19. VIRUS RNA SỢI KÉP (TIẾP): CHI TENUIVIRUS 194 19.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 194 19.2 CHI TENUIVIRUS 194 19.3 RICE GRASSY STUNT VIRUS (RGSV) 194 19.4 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 19 197 19.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 197 CHƢƠNG 20. PHYTOPLASMA 198 20.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 198 20.2 GIỚI THIỆU 198 20.3 ĐẶC ĐIỂM 198 20.4 PHÂN LOẠI 199 20.5 TRIỆU CHỨNG 199 20.6 LAN TRUYỀN 200 20.7 PHÕNG CHỐNG 200 20.8 CA. PHYTOPLASMA ASTERIS 200 20.9 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 20 201 20.10 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 201 CHƢƠNG 21. VIROID 202 21.1 TĨM TẮT NỘI DUNG 202 21.2 GIỚI THIỆU 202 21.3 ĐỊNH NGHĨA VIROID 202 21.4 CẤU TRƯC VIROID 202 21.5 DANH PHÁP VÀ PHÂN LOẠI 203 21.6 TRIỆU CHỨNG, CƠ CHẾ GÂY BỆNH VÀ LAN TRUYỀN 204 21.7 TÁI SINH CỦA VIROID 205 21.8 POTATO SPINDLE TUBER VIROID (PSTVD) 205 21.9 COCONUT CADANG-CADANG VIROID (CCCVD) 206 21.10 AVOCADO SUNBLOTCH VIROID (ASBVD) 206 21.11 CÂU HỎI ƠN TẠP CHƢƠNG 21 206 21.12 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 206 PHẦN 3: THỰC HÀNH 207 BÀI 1. ĐIỀU TRA BỆNH VIRUS 208 BÀI 2. LÂY NHIỄM NHÂN TẠO VIRUS BẰNG TIẾP XƯC CƠ HỌC 210 BÀI 3. PHÁT HIỆN VIRUS BẰNG ELISA 211 BÀI 4. PHÁT HIỆN VIRUS BẰNG PCR/RT-PCR 213 5
7. LỜI NĨI ĐẦU Tài liệu này đƣợc biên soạn để giảng dạy mơn virus thực vật, phytoplasma và viroid cho sinh viên và học viên cao học khối ngành nơng học, cơng nghệ sinh học thực vật. Tài liệu giúp ngƣời học hiểu và cĩ khả năng vận dụng kiến thức của mơn học nhằm định hƣớng nghiên cứu bệnh virus thực vật. Tài liệu giới thiệu các vấn đề quan trọng của virus thực vật bao gồm: Lịch sử nghiên cứu virus; bản chất và phân phân loại virus; các đặc điểm hình thái, sinh học, đặc biệt là cơ chế gây bệnh, sinh sản và sự lan truyền virus; chẩn đốn và phịng chống virus. Các ví dụ cụ thể là các virus thực vật cĩ ý nghĩa lịch sử, kinh tế trên thế giới. Phần lớn các ví dụ đã đƣợc xác định cĩ mặt ở Việt Nam. Ngồi ra, 2 nhĩm tác nhân gây bệnh cĩ đặc điểm gây bênh giống với virus là phytoplasma và viroid cũng đƣợc đề cập. Một số nội dung, đặc biệt phần đại cƣơng, cũng đƣợc so sánh với virus động vật, thực khuẩn thể để ngƣời đọc cĩ cái nhìn tổng thể đối với virus học nĩi chung. Kiến thức cơ bản về virus trình bày trong tài liệu này đều đƣợc cập nhật và phổ quát trên thế giới. Tài liệu đƣợc biên soạn gồm 3 phần: Phần đại cƣơng. Phần đại cƣơng giới thiệu các khái niệm cơ bản của virus thực vật học liên quan đến bản chất của virus. Phần này cũng giới thiệu các kỹ thuật chẩn đốn hiện đang đƣợc sử dụng phổ biến trên thế giới và Việt Nam cũng nhƣ các chiến lƣợc phịng chống bệnh chính. Phần chuyên khoa. Phần chuyên khoa giới thiệu các ví dụ cụ thể về các virus cĩ ý nghĩa lịch sử, cĩ ý nghĩa kinh tế. Phần lớn các virus này đã đƣợc phát hiện thấy ở Việt Nam. Các virus đƣợc trình bày theo đơn vị phân loại chứ khơng theo đối tƣợng gây hại. Phần thực hành. Phần thực hành trình bày các bài thực hành giúp sinh viên củng cố khả năng đánh giá bệnh virus ngồi thực tiễn cũng nhƣ nắm đƣợc kỹ thuật chẩn đốn bệnh virus thực vật hiện đang đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới và Việt Nam Đối với chƣơng trình đại học, các nội dung học đƣợc sắp xếp tƣơng đƣơng 2 tín chỉ và đƣợc tổ chức thành 8 bài lý thuyết (3 tiết / bài) và 3 bài thực hành. Mức độ tự học của sinh viên tập trung ở phần chuyên khoa. Sinh viên sẽ đƣợc học lý thuyết, đƣợc thực hành và phải thực hiện một bài tiểu luận liên quan đến nội dung mơn học. Do trình độ cĩ hạn, việc biên soạn bài giảng này khơng tránh khỏi sai sĩt. Tác giả rất mong nhận đƣợc ý kiến đĩng gĩp của bạn đọc để tài liệu đƣợc hồn chỉnh. Tác giả Hà Viết Cƣờng 6
8. DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT aa Amino acid AP Alkaline phosphatase ATPase Adenosine triphosphatase Avr Avirulence bp Base pair CP Coat protein CTAB Cetyl trimethylammonium bromide DAS-ELISA Double antibody sandwich - ELISA DdRp DNA-dependent DNA polymerase dsDNA Double-stranded DNA dsRNA Double-stranded RNA eIF4E Eukaryotic translation initiation factor 4E ELISA Enzyme linked immunosorbent assay EM Electron microscope g Gravity ICTV International Committee on Taxonomy of Viruses IgG Immunoglobulin gamma IR Induced resistance IRES Internal Ribosome Entry Site ISR Induced systemic resistance kb Kilobase LIV Longevity in vitro Mab Monoclonal antibody MP Movement protein NPP Nitrophenyl phosphate nt nucleotide NTP Nucleotide triphosphate NTPase Nucleotide triphosphatase ORF Open reading frame Pab Polyclonal antibody PCR Polymerase Chain Reaction PDR Pathogen derived resistance PR Pathogenesis related (protein) pRBR Plant retinoblastoma-related protein PTA-ELISA Plate trapped antigen - ELISA PTGS Post-transcriptional gene silencing R Resistance RdRp RNA-dependent RNA polymerase Rep Replication RF Replicative form RI Replicative intermediate RISC RNA induced silencing complex RNAi RNA interference RT Reverse Transcriptase RT-PCR Reverse Transcription - Polymerase Chain Reaction SA Salycilic acid SAR Systemic acquired resistance SEL Size exclusion limit ssDNA Single-strannded DNA ssRNA Single-strannded RNA TDP Thermal death point UTR Untralslated region VRC Viral replication complex 7
9. DANH SÁCH BẢNG Bảng 2-1 Các bộ, họ virus theo phân loại của ICTV (dựa trên số liệu 2009) 26 Bảng 2-2 Hệ thống phân loại virus theo Baltimore 28 Bảng 3-1. So sánh một số đặc điểm hình thái – cấu trúc của các nhĩm virus 39 Bảng 7-1 Thành phần vector của virus thực vật tính đến 2007 (Hogenhout et al., 2008) 71 Bảng 7-2. Bốn phƣơng thức truyền virus thực vật của cơn trùng mơi giới 72 Bảng 7-3. Các họ, chi virus truyền qua aphid và phƣơng thức truyền (James & Perry, 2004) 74 Bảng 8-1. Một số gen kháng R của cây và Avr tƣơng ứng của virus (Soosaar et al., 2005; Kang et al., 2005) 86 Bảng 9-1 Mã suy biến trong thiết kế mồi chung 105 Bảng 11-1 Phân loại các virus thuộc họ Caulimoviridae 121 Bảng 12-1. Phân loại các virus họ Geminiviridae theo ICTV năm 2009 125 Bảng 12-2 Các begomovirus hại cây trồng đƣợc phát hiện cho tới nay tại Việt Nam 133 Bảng 13-1 Phân loại họ Nanoviridae 135 Bảng 14-1 Phân loại họ Virgaviridae 139 Bảng 15-1. Phân loại họ Potyviridae (Berger et al. 2005) 145 Bảng 15-2. Một số isolate BCMV ở Việt Nam đƣợc giải trình tự gen CP 157 Bảng.15-3 Một số isolate SCMV và SrMV đƣợc giải trình tự gen CP 161 Bảng 15-4 Một số isolate TuMV tại Việt Nam đƣợc giải trình tự gen CP 165 Bảng 15-5 Một số mẫu ZYMV tại Việt Nam đƣợc giải trình tự gen CP 169 Bảng 15-6 Các mẫu potyvirus trên ớt tại Việt Nam đƣợc giải trình tự 170 Bảng 16-1. Phân loại họ Rhabdoviridae (bộ Monogavirales) theo ICTV (2009) 173 Bảng 16-2 So sánh khả năng truyền RYSV của 3 lồi rầy xanh trên lúa 177 Bảng 17-1. Phân loại họ Bunyaviridae theo ICTV (2009) 179 Bảng 18-1 Phân loại họ Reoviridae (các reovirus đƣợc ghi nhận đến 2009) 184 Bảng 18-2 Đặc điểm bộ gen và chức năng protein của RRSV 187 Bảng 18-3 Đặc điểm bộ gen và dự đốn chức năng các protei của virus SRBSDV (Wang et al., 2010) 190 Bảng 19-1 Phân loại chi Tenuivirus (lồi chuẩn: Rice stripe virus) 194 Bảng 20-1 Phân loại phytoplasma dựa trên đặc điểm RNA ribosome 16S 199 Bảng 21-1 Phân loại viroid (ICTV, 2009) 204 8
10. DANH SÁCH HÌNH Hình 1-1 Triệu chứng bệnh virus trên hoa tulip. Ảnh trái, một bức tranh thế kỷ 17. Ảnh phải, hoa tulip bị nhiễm TBV (Lesnaw & Ghabrial, 2000). 13 Hình 1-2 Ba nhà khoa học cĩ đĩng gĩp lớn về virus học. Từ trái sang phải: Adolf Mayer (ngƣời Hà Lan, 1843- 1942), Dimitrij Ivanovskij (ngƣời Nga, 1864-1920) và Martinus Beijerinck (ngƣời Hà Lan, 1851-1931). 14 Hình 2-1 Sơ đồ minh họa 5 thành viên của 1 lớp đa hình cĩ 5 đặc điểm (Van Regenmortel, 2007) 24 Hình 2-2 Minh họa phân loại các chi, họ virus thực vật theo báo cáo lần thứ 8 (2005) của ICTV 27 Hình 2-3 Sơ đồ phân loại virus theo Baltimore ( 28 Hình 3-1. Minh họa virus trần (hàng trên) và virus cĩ vỏ bọc (hàng dƣới) 32 Hình 3-2 Sơ đồ cấu trúc phân tử TSWV (và các bunyavirus khác) với cấu trúc cĩ vỏ bọc 32 Hình 3-3 Cấu trúc đối xứng đa diện icosahedron cơ bản của virus (T=1, số tiểu phần = 60) 33 Hình 3-4. Hai hình tam giác đều với số số tam giác phụ T = 4 (trái) và T = 9 (phải) 33 Hình 3-5 Minh họa cách vẽ các trục h, k và tọa độ các hình lục giác, cách tạo hình icosahedron tƣơng ứng với 1 T xác định và cách xắp xếp các tiểu phần protein trên 1 mặt của các virus với 4 mức T khác nhau 34 Hình 3-6 Minh họa virus với T khác nhau sẽ cĩ các đơn vị hình thái (capsomer) khác nhau 35 Hình 3-7 Hình thái Banana bunchy top virus (BBTV) 35 Hình 3-8 Hình thái Tomato bushy stunt virus (TBSV) 35 Hình 3-9 Cách cấu tạo của khối đa diện đối xứng kéo dài (hình trên) và cấu trúc phân tử với T=13 nhƣng cĩ các Q khác nhau (hình dƣới) 36 Hình 3-10 Cấu trúc đối xứng xoắn của TMV 37 Hình 3-11 Cấu trúc dạng nịng nọc của thực khuẩn thể T4 (Viralzone, 2009) 37 Hình 3-12 Cấu trúc phức tạp của virus đậu mùa 38 Hình 4-1 Sơ đồ giải thích cơ chế tái bản sợi (+) trên khuơn sợi (-). (b) và (c) là cơ chế tổng hợp của virus thực vật TMV, cịn (a) là dạng trung gian RI của thực khuẩn thể Qβ (Buck et al., 1999) 42 Hình 4-2 Sơ đồ tái sinh virus RNA sợi đơn, cực dƣơng 43 Hình 4-3 Sơ đồ tái sinh của rhabdovirus 44 Hình 4-4 Quá trình tái sinh của các rhabdovirus hại thực vật (cytorhabdovirus và nucleorhabdovirus) (Hull, 2002) 45 Hình 4-5 Sơ đồ tái sinh virus RNA sợi kép 46 Hình 4-6 Tổ chức bộ gen của 1 retrovirus động vật (HIV) và của 1 retrovirus thực vật (GmaSIREV) 47 Hình 4-7 Sơ đồ tái sinh của retrovirus động vật 49 Hình 4-8 Tái sinh của retrovirus thực vật 49 Hình 4-9 Sơ đồ tái sinh của begomovirus 51 Hình 4-10 Sơ đồ tái sinh của các caulimovirus 52 Hình 4-11 tổ chức bộ gen và chiến lƣợc dịch mã kiểu polyprotein của potyvirus 53 Hình 4-12 Tổ chức bộ gen và chiến lƣợc dịch mã kiểu gen phụ, bỏ qua mã kết thúc và dịch mã nội phân tử của TMV 54 Hình 4-13 Bộ gen phân đoạn của BBTV (trái) và RRSV (phải) (Viralzone, 2009) 55 Hình 4-14 Chiến lƣợc dịch mã kiểu ―dị‖. Dấu * là mã ATG. Mũi tên chỉ hƣớng dịch mã. 55 Hình 4-15 Minh họa bộ gen của CaMV và 2 phân tử mRNA 35S và 19S (Haas et al., 2002) 56 Hình 4-16 Mơ hình dịch mã của CaMV, RTBV theo cơ chế ―nhảy‖ (Thiébeauld et al., 2007) 57 Hình 4-17 Dịch mã theo kiểu chuyển khung 57 Hình 4-18 Tổ chức bộ gen của TSWV và dịch mã 2 chiều trên phân đoạn M 58 Hình 5-1 Cấu tạo sợi liên bào. A và B là mơ hình sợi liên bào, trong đĩ A là tiết diện dọc và B là tiết diện ngang. C là ảnh hiện vi điện tử của sợi liên bào (Lucas, 2006). 60 Hình 5-2 Chiến lƣợc tạo ống của virus thực vật để di chuyển giữa các tế bào (Hull, 2002) 61 Hình 5-3 Mơ hình di chuyển giữa các tế bào của TMV 62 Hình 5-4 Hƣớng và tốc độ di chuyển hệ thống của virus trong cây (Agrios, 2005) 63 Hình 6-1 Thí nghiệm chứng minh protein P2 của RDP đã can thiệp vào đƣờng hƣớng tổng hợp gibberelline của cây lúa (Wang et al., 2005) 67 Hình 6-2 Tƣơng tác giữa protein Rep của begomovirus với pRBR của tế bào cho phép khởi động lại chu kỳ tế bào 68 Hình 7-1. Giải phẫu chung cơn trùng chích hút và phân bố virus 72 Hình 7-2 Bộ gen của potyvirus (trái) và CMV (phải) kèm theo các gen và motif cần cho lan truyền virus (Ng & Falk, 2006) 76 Hình 7-3Mơ hình tƣơng tác virus và vector theo phƣơng thức khơng bền vững và bền vững (Ng & Falk, 2006) 76 Hình 7-4 Sơ đồ phân tử TSWV (Hogenhout et al., 2008) 80 9
11. Hình 7-5 Các cơ quan bên trong của bọ trĩ liên quan đến lan truyền tospovirus và các rào cản dạng màng mà virus phải vƣợt qua. Các số tƣơng ứng với các loại màng và tế bào liên quan đến đƣờng đi của virus từ khi đƣợc chích nạp đến khi đƣợc chích truyền. L, lumen (tuyến dẫn); PSg, primary salivary gland (tuyến nƣớc bọt sơ cấp); s, cross sections of muscle (tiết diện cắt ngang cơ); VP, viroplasm (vị trí tái sinh và lắp ráp virus); DM, dense mass (vị trí cĩ màu đậm khi chụp dƣới kính hiển vi) (Hogenhout et al., 2008). 81 Hình 8-1. Các lớp gen kháng R và một số ví dụ mỗi lớp 85 Hình 8-2. Minh họa tính kháng rất cao và bền vững đối với PRSV của giống đu đủ Rainbow chuyển gen CP so với giống khơng chuyển gen Sunrise tại Hawai (Golsalves et al., 2004) 87 Hình 8-3. Cơ chế câm gen của thực vật chống virus và các các acid nucleic lạ 88 Hình 8-4. Hiệu quả PTGS với các cấu trúc chuyển gen potato virus Y (PVY) khác nhau. Hiệu quả đƣợc tính là % cây chuyển gen miễn nhiễm với PVY; gen virus (PVY-pro) là NIa; chuỗi loop là chuỗi unidA (GUS) dài ~800 nucleotides; intron là của gen Pdk từ cây Flaveria (Smith et al., 2000). 90 Hình 8-5 Tạo cây cà chua chuyển gen kháng TYLCV bằng cơng nghệ RNAi (Fuentes, 2006) 91 Hình 8-6 Hai loại tính kháng tạo đƣợc: tính kháng tập nhiễm hệ thống (SAR) và tính kháng hệ thống tạo đƣợc (ISR) (Vallad & Goodman, 2004). 93 Hình 8-7 Cấu trúc hĩa học của SA, INA và BTH 93 Hình 8-8. Cây thuốc lá xử lý BTH (Bion) (trái) ức chế biểu hiện triêu chứng bệnh trên thuốc lá do TSWV gây ra. Đối chứng khơng xử lý (phải) cĩ triệu chứng dữ dội (Mandal et al., 2007) 94 Hình 8-9 Sự hình thành chitosan từ chitin 95 Hình 8-10 Hiệu quả ức chế của oligochitosan đối với TMV trên thuốc lá. (A) đối chứng, (B)–(F): xử lý chitosan lần lƣợt ở các nồng độ 1 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm và 100ppm (Yin et al., 2010). 96 Hình 9-1 Lây nhiễm nhân tạo trên cây chỉ thị thuốc lá và rau muối (ảnh trái, giữa). Triệu chứng đốm chết hoại do Citrus psorosis virus (CPsV) trên cây rau muối C. amaranticolor ( 100 Hình: 9-2 Sơ đồ (trái) và ảnh chụp hiển vi điện tử (phải) của thể vùi tế bào chất của potyvirus 101 Hình 9-3 Dụng cụ và vật liệu dùng để kiểm tra thể vùi virus thực vật bằng kính hiển vi quang học ( 102 Hình 9-4 Phát hiện bộ gen dsRNA của virus lùn sọc đen phƣơng Nam (Zhou et al., 2008) 106 Hình 9-5 Cấu trúc kháng thể (Hull, 2002) 108 Hình 9-6 Sơ đồ sản xuất kháng thể đơn dịng 109 Hình 9-7 Kỹ thuật Outerlony chẩn đốn virus. Các mẫu ABCDE là các mẫu dƣơng 110 Hình 9-8 Các kỹ thuật ELISA khác nhau 111 Hình 9-9 Phát hiện virus bằng kỹ thuạt dot blot miễn dịch (western blot, trái, Hull, 2002) và dot blot lai DNA (southern blot, phải, Hsu et al., 2005) 112 Hình 11-1 Hình thái phân tử và tổ chức bộ gen của RTBV (Hull, 1996) 123 Hình 11-2 Cây lúa nhiễm các tổ hợp virus khác nhau và khả năng truyền virus qua rầy xanh đuơi đen (Azzam et al., 2000) 123 Hình 12-1 Hình thái phân tử geminiviruses. A, Phân tử Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV), bar = 100 nm (Gafni, 2003). B, Mơ hình phân tử Maize streak virus (MSV) (Zhang et al., 2001). 126 Hình 12-2 Tổ chức bộ gen của begomovirus và DNA vệ tinh (Hà Viết Cƣờng, 2008) 129 Hình 12-3 Bệnh khảm lá sắn tại châu Phi. B và E là triệu chứng bệnh; C là vector bọ phấn và F là cây chuyển gen kháng bệnh (Legg & Fauquet, 2004). 130 Hình 12-4 Triệu chứng bệnh cuốn lá bơng tại Pakistan. Chú ý sự hình thành lá phụ ở mặt sau của lá bơng ở ảnh dƣới bên phải (Bridon & Markham, 2000) 131 Hình 13-1 Tổ chức bộ gen của các virus thuộc họ Nanoviridae (Gronenborn, 2004) 136 Hình 13-2 Bụi chuối bị bệnh chùn ngon (tại Gia Lâm) và triệu chứng trên lá 137 Hình 14-1 Sơ đồ cấu trúc phân tử của các tobamovirus (Viralzone, 2009) 139 Hình 14-2 Hình thái virion và cấu trúc của TMV 140 Hình 14-3 Tinh thể virus TMV hình thành trong tế bào thuốc lá 141 Hình 14-4 Tổ chức bộ gen chính và 2 phân tử phụ genome của TMV 142 Hình 14-5 Triệu chứng do TMV gây ra trên thuốc lá (trái), ớt (giữa) và cà chua (phải) 143 Hình 15-1 Hình thái virion và thể vùi của potyvirus. Ảnh trái: phân tử PVY, bar = 100 nm (Shukla et al., 1998). Hình phải: thể vùi tế bào chất của PVY trong tế bào thuốc lá (Arbatova et al. 1998). 146 Hình 15-2 Tổ chức bộ gen của các potyvirus (Shukla et al., 1998). 147 Hình 15-3 Triệu chứng bệnh trên đu đủ (CABI, 2006) và bầu bí (cây bí xanh tại Việt Nam) 151 Hình 15-4 Ba nhĩm phả hệ PVY trên thế giới và Việt Nam (in đậm) 153 Hình 15-5 Các triệu chứng khảm, khảm nhăn, lùn, chết hoại lá và đốm vịng chết hoại trên khoai tây do PVY (Kerlan, 2006; Hà Viết Cƣờng, 2005) 154 Hình 15-6 Mức đa dạng của BCMV ở Việt Nam (đƣợc in đậm). 157 10
12. Hình 15-7 Bệnh khảm lá do BCMV trên cây họ đậu Việt Nam (ảnh trái:đậu đen, ảnh giữa: muồng 3 lá, Hà Viết Cƣờng et al., 2008) và triệu chứng chết hoại gân của bệnh ―thối đen‖ (CABI, 2006). 158 Hình 15-8 Bệnh khảm lá do SCMV trên mía (trái), ngơ (giữa) và hồng tinh (phải) tại Việt Nam 161 Hình 15-9 Phân tích phả hệ dựa trên gen CP của các mẫu SCMV và SrMV thu tại Việt Nam (đƣợc in đậm) với các mẫu thế giới. 162 Hình 15-10 Các potyvirus trên hành ta và tỏi tây ở Việt Nam 163 Hình 15-11 TuMV trên cây cải củ (hàng trên) và cải bẹ (hàng dƣới) ở Việt Nam 164 Hình 15-12 Phân tích phả hệ các mẫu TuMV từ Việt Nam (in đậm) và thế giới dựa trên gen CP 165 Hình 15-13 Bệnh do DsMV trên cây họ Ráy 166 Hình 15-14 Triệu chứng bệnh do SPFMV trên khoai lang Việt Nam 167 Hình 15-15 Cây phả hệ dựa trên gen CP của các mẫu SPFMV Việt Nam và các mẫu thế giới 167 Hình 15-16 Triệu chứng do ZYMV trên cây bí ngồi (Desbiez & Lecoq, 1997) 168 Hình 15-17 Cây phả hệ của các mẫu ZYMV Việt Nam và thế giới dựa trên gen CP 169 Hình 15-18 Bệnh do ChiVMV trên ớt và thuốc lá 170 Hình 16-1 Cấu tạo và tổ chức bộ gen của rhabdovirus hại thực vật 174 Hình 16-2 Sơ đồ tổ chức bộ gen của RYSV 176 Hinh 16-3 Bệnh vàng lụi lúa tại miền Bắc năm 2010 do RYSV 176 Hình 17-1 Hình thái và cấu trúc phân tử TSWV 180 Hình 17-2 Sơ đồ quá trình tái sinh của TSWV 181 Hình 17-3 Một số bệnh do TSWV gây ra trên cà chua, thuốc lá và lạc 182 Hình 18-1 Cấu trúc của một số reovirus đại diện 185 Hình 18-2 Sơ đồ virion của RRSV (hàng trên) và ảnh EM (hàng dƣới) cho thấy virion hình cầu với mấu gai (trái) và 2 lớp vỏ (phải), thanh bar 50 nm (Shikita, 1979; Milne, 1982) 186 Hình 18-3 Tổ chức bộ gen của RRSV 187 Hình 18-4 Một số triệu chứng điển hình của bệnh lúa lùn xoắn lá do RRSV (3 hình đầu, Hà Viết Cƣờng, 2009). Hình ngồi cùng bên phải là một phần tế bào chất của tế bào nhu mơ mạch phloem tại vị trí nốt phồng với ―viroplasm‖ màu đậm chứa đầy các phân tử virus (Hibino, 1979) 188 Hình 18-5. Thể vùi virus và phân tử virus SRBSDV trong tế bào cây bị bệnh lùn sọc đen tại Việt Nam năm 2009 190 Hình 18-6. Triệu chứng bệnh LSĐ trên lúa ở miền Bắc vụ mùa năm 2009. Lá lúa bị xoắn vặn (a, b, c), trỗ khơng thốt với hạt bị bị biến màu nâu (a). Cĩ các nốt phồng màu trắng chạy dọc gân của lá (d), phiến lá (d), thân (e). Các nốt phồng lúc đầu trắng sau chuyển màu nâu đến đen (e, f). 191 Hình 18-7. Triệu chứng bệnh LSĐ trên ngơ ở miền Bắc năm 2010. 191 Hình 19-1 Phân tử virus RGSV cĩ dạng tràng hạt khép vịng (Hibino, 1986) 195 Hình 19-2 Tổ chức bộ gen của RGSV 195 Hình 19-3 Triệu chứng bệnh lúa cỏ do RGSV tại Cần Thơ 196 Hình 20-1 Tế bào phytoplasma trong tế bào mạch rây ký chủ (Lee et al., 2000) 198 Hình 20-2 Triệu chứng chổi phù thủy và rễ tĩc do Ca. Phytoplasma asteris gây ra trên cà rốt, tre 200 Hình 21-1 Cấu trúc viroid. A) hình dạng chung của viroid. B) phân tử viroid dƣới kính hiển vi điện tử. C) cấu trúc dạng hình gậy của các pospiviroid. D) cấu trúc dạng gần hình gậy của các avsunviroid. 203 Hình 21-2 Sơ đồ tái sinh của viroid (Daros et al., 2006) 205 Hình 21-3 Bệnh củ khoai tây hình thoi 205 11
13. PHẦN I: ĐẠI CƢƠNG 12
14. Chuơng 1. GIỚI THIỆU 1.1 TĨM TẮT NỘI DUNG Nội dung chính của chƣơng là giới thiệu lịch sử nghiên cứu virus, các cột mốc khoa học chủ chốt liên quan đến virus và bản chất cũng nhƣ nguồn gốc của virus. 1.2 LỊCH SỬ VIRUS Cho tới cuối thế kỷ 19, khoa học vẫn chƣa biết tới virus. Tuy nhiên, văn học đã mơ tả nhiều triệu chứng giống bệnh virus trên thực vật. Tài liệu cổ nhất là một bài thơ tiếng Nhật thời hồng đế Koken (năm 752 sau Cơng nguyên) mơ tả hiện tƣợng vàng lá trên một cây cỏ dại, sau này đƣợc xác định là cây bội lan (Eupatorium lindleyanum). Ngày nay, các nhà khoa học biết rằng cây này mẫn cảm với nhiều virus thực vật thuộc chi Begomovirus (chẳng hạn Eupatorium yellow vein virus, EYVV). Các begomovirus gây hiện tƣợng vàng gân và cuối cùng vàng lá trên cây bội lan. Ở Tây Âu, vào những năm 1600 -1660, nhiều tác phẩm nghệ thuật đã thể hiện bơng hoa tulip với triệu chứng khảm sọc rất đẹp. Một củ hoa tulip với triệu chứng khảm sọc rất cĩ giá thời đĩ; chẳng hạn củ của một giống hiếm nhƣ Semper Augustus cĩ thể bán đƣợc 3000 guine (tiền Hà Lan). Để so sánh, giá một con bị là 120 guine và một con tàu là 500 guine. Hiện tƣợng khảm sọc hoa tuilip ngày nay đã đƣợc chứng minh là do một số virus thực vật, điển hình là Tulip breaking virus (TBV) gây ra. Hình 1-1 Triệu chứng bệnh virus trên hoa tulip. Ảnh trái, một bức tranh thế kỷ 17. Ảnh phải, hoa tulip bị nhiễm TBV (Lesnaw & Ghabrial, 2000). Vào cuối thế kỷ 19, kiến thức về bệnh vi khuẩn đã tích lũy khá nhiều và một thiết bị lọc vi khuẩn đã đƣợc Chamberland (một trợ lý của Louis Pasteur) chế tạo. Thiết bị lọc này – cấu tạo bằng sứ, cĩ hình nến – đƣợc gọi là nến lọc Chamberland khơng cho phép các vi sinh vật cĩ kích thƣớc vi khuẩn đi qua. Năm 1882, Adolph Mayer đã mơ tả một bệnh bí ẩn trên cây thuốc lá mà ơng gọi là bệnh khảm. Năm 1886, Mayer đã chứng tỏ rằng bệnh khảm thuốc lá cĩ thể lan truyền qua dịch cây và ơng cho rằng tác nhân gây bệnh cĩ lẽ là vi khuẩn. Năm 1892, Iwanowski đã chứng minh rằng tác nhân gây bệnh khảm thuốc lá cĩ thể truyền qua nến lọc vi khuẩn và ơng giả thiết rằng tác nhân gây bệnh cĩ thể là chất độc do vi khuẩn tiết ra hoặc vi khuẩn cĩ kích thƣớc 13
15. rất nhỏ để cĩ thể qua lọc. Độc lập với Iwanowski, năm 1898, Beijerinck đã cơng bố kết quả nghiên cứu thí nghiệm qua lọc với dịch cây thuốc lá bị khảm lá. Khác với Iwanowski và do khơng phát hiện thấy bất cứ vi sinh vật nào, ơng đã gọi tác nhân gây bệnh là contagium vivum fluidum (tiếng Latin nghĩa là dịch sống truyền nhiễm‖ để phân biệt với các thực thể gây bệnh dạng hạt khác. Đĩng gĩp quan trọng của Beijerinck ở chỗ ơng là ngƣời đầu tiên chứng minh sự tồn tại của một loại tác nhân gây bệnh khơng phải vi khuẩn, cĩ khả năng qua lọc, sống (nhân lên trong cây bệnh) và hịa tan. Cơng trình của ơng đƣợc xem là khai sinh nghành virus học và ơng đƣợc cộng đồng các nhà virus học cơng nhận là ―cha đẻ‖ của virus học. Ngày nay, chúng ta biết rõ rằng tác nhân gây bệnh khảm thuốc lá là Tobacco mosaic virus (TMV). Đây là một virus cĩ ý nghĩa lịch sử lớn, cả trong virus học cũng nhƣ sinh học. Nhiều phát minh quan trọng trong sinh học đều dựa trên virus này. Hình 1-2 Ba nhà khoa học cĩ đĩng gĩp lớn về virus học. Từ trái sang phải: Adolf Mayer (ngƣời Hà Lan, 1843-1942), Dimitrij Ivanovskij (ngƣời Nga, 1864-1920) và Martinus Beijerinck (ngƣời Hà Lan, 1851-1931). 1.3 CÁC CỘT MỐC LỊCH SỬ QUAN TRỌNG KHÁC Năm 1927, Dvorak cho thấy dịch cây nhiễm TMV và cây khỏe tạo ra kháng huyết thanh cĩ tính đặc hiệu khác nhau. Năm 1935, Stanley đã kết tinh đƣợc tinh thể TMV nhƣng ơng cho rằng đây là tinh thể chỉ cĩ bản chất protein (đoạt giải Nobel). Năm 1936, Bawden & Pirie chứng minh đƣợc tinh thể TMV cĩ bản chất nucleoprotein và phân tử virus cĩ hình gậy. Năm 1931, Ruska & Knoll phát minh kính hiển vi điện tử. Năm 1955-1956, Brakke phát triển kỹ thuật ly tâm gradient dùng siêu li tâm để tinh chiết virus. Năm 1956, Crick & Watson chứng minh vỏ protein của TMV gồm nhiều tiểu phần protein xắp xếp theo vịng xoắn. Năm 1977, Clack & Adam áp dụng kỹ thuật ELISA để chẩn đốn virus thực vật. Năm 1980, Franck et al. lần đầu tiên giải mã tồn bộ bộ gen virus (Cauliflower mosaic virus, CaMV). 14
16. Năm 1983, Kary Mullis phát minh kỹ thuật PCR (đoạt giải Nobel). 1.4 THUÂT NGỮ VIRUS Về mặt lịch sử, theo từ điển Oxford English Dictionary, từ ―virus‖ đƣợc sử dụng vào thế kỷ 16 với nghĩa nọc độc đƣợc tiết ra bởi động vật độc, vào thế kỷ 18 với nghĩa bệnh lý là ―nguồn gốc của sự ốm yếu hoặc là chất độc hình thành trong cơ thể do hậu quả của một số bệnh, đặc biệt các bệnh cĩ thể truyền sang ngƣời khác hoặc động vật khác‖. Cũng theo từ điển này, vào thế kỷ 19, từ ―virus‖ lại đƣợc sử dụng bởi các nhà vi khuẩn học với nghĩa vi khuẩn. Năm 1881, Paster đã viết ―virus là ký sinh vi sinh vật, cĩ thể nhân lên bằng nuơi cấy bên ngồi cơ thể động vật‖. Theo nghĩa này, virus là vi khuẩn. Để phân biệt virus theo nghĩa vi khuẩn, các tác nhân gây bệnh khảm thuốc lá và một số bệnh tƣơng tự trên động vật (ví dụ nhƣ bệnh dại) đƣợc gọi là các ―virus qua lọc‖. Từ 1900 – 1935, nhiều bệnh cây đƣợc cho do các virus qua lọc gây ra. Tuy nhiên, đã cĩ nhiều nhầm lẫn về bệnh do thiếu phƣơng pháp phân biệt virus. Chỉ tiêu ban đầu dựa vào khả năng qua lọc. Ở một số bệnh cĩ triệu chứng virus, mặc dù tác nhân gây bệnh khơng thể quan sát đƣợc dƣới kính hiển vi (cĩ khả năng qua lọc) nhƣng bệnh lại khơng truyền qua lây nhiễm cơ học. Các bệnh này, ví dụ bệnh biến vàng cây cúc tây và củ hình thoi khoai tây, hiện đƣợc xác định là do phytoplasma và viroid gây ra. Trong khoảng thời gian này, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào mơ tả bệnh, gồm triệu chứng, các biến đổi tế bào ký chủ, pham vi ký chủ và phƣơng thức lan truyền. Cũng cĩ một số cố gắng cải tiến lỹ thuật lọc nhằm xác định kích thƣớc virus. Các ảnh hƣởng của nhiều tác nhân vật lý và hĩa học đến sự xâm nhiễm virus cũng đƣợc nghiên cứu nhƣng kỹ thuật khá nguyên thủy. Cho tới năm 1930, đã cĩ rất nhiều nhầm lẫn nghiêm trọng về bệnh virus và bản thân virus 1.5 ĐỊNH NGHĨA VIRUS Nhờ các nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực sinh hĩa, sinh học phân tử, di truyền, ngày nay, bản chất virus đã đƣợc hiểu rất rõ. Cĩ vơ số khái niệm, định nghĩa nhằm giải thích thế nào là một virus. Một trong các định nghĩa phản ánh đầy đủ bản chất virus đƣợc trình bày trong cuốn Matthew‘s Plant Virology (Hull, 2002) là: “Virus là các tác nhân gây bệnh khơng cĩ cấu tạo tế bào, cĩ bộ gen là acid nucleic thƣờng đƣợc bao bọc bởi các protein vỏ, chỉ cĩ thể tái sinh bên trong tế bào ký chủ. Quá trình tái sinh của virus (i) phụ thuộc hồn tồn vào bộ máy tổng hợp protein của ký chủ, (ii) tổng hợp riêng rẽ các thành phần của virus để lắp ráp nên phân tử virus (virion) mới”. Mặc dù các nhà virus học đồng ý rằng virus là một thực thể sinh học (và do đĩ thuộc đối tƣợng nghiên cứu của sinh học) vì chúng cĩ bộ gen, cĩ thể tái sinh, cĩ thể đột biến và tiến hĩa để thích nghi với điều kiện sống khác nhau thì vẫn chƣa cĩ sự thống nhất xem liệu virus cĩ thể đƣợc coi là một sinh vật (organism) thực sự hay khơng. Hiện cĩ 2 quan điểm khác nhau khi xét bản chất sống của virus. Quan điểm thứ nhất, cũng là quan điểm của Ủy ban Phân loại Virus Quốc tế (ICTV), cho rằng virus, mặc dù cĩ một số thuộc tính của sự sống, nhƣng khơng phải là một sinh vật thực sự vì chúng vẫn thiếu một số thuộc tính cơ bản của một sinh vật sống nhƣ: 1. Virus khơng cĩ khả năng thu nhận và lƣu trữ năng lƣợng tự do. 2. Virus khơng cĩ chức năng sống khi ở bên ngồi tế bào ký chủ. Virus chỉ thể hiện đặc tính của sự sống khi bộ gen của nĩ ở bên trong tế bào ký chủ thích hợp. 15
17. 3. Virus khơng tăng trƣởng. 4. Virus khơng cĩ bộ máy tổng hợp protein. Quan điểm thứ nhất này dựa trên cơ sở cho rằng hệ thống sống đơn giản nhất là tế bào, do vậy chỉ các sinh vật/visinh vật đơn bào hoặc đa bào mới cĩ các đặc tính của sự sống cịn các cơ quan tử của nĩ thì khơng. Quan điểm thứ hai coi virus là một sinh vật (chính xác là sinh vật khơng cĩ cấu tạo tế bào) dựa trên một số lập luận sau: 1. Virus cĩ thể tái sinh. 2. Bộ gen của virus cĩ thể bị đột biến. 3. Virus tiến hĩa độc lập đối với ký chủ của chúng và cĩ khả năng thích ứng với các ổ sinh thái khác nhau. 4. Mặc dù virus phụ thuộc tế bào ký chủ để tái sinh (ký sinh chuyên tính) nhƣng nhiều loại tác nhân gây bệnh khác cũng chỉ cĩ thể sống đƣợc trong tế bào ký chủ. 5. Mặc dù virus thiếu ty thể nhƣng một số protozoa cũng thiếu. 6. Mặc dù kích thƣớc phân tử virus nhỏ nhƣng một số virus, chẳng hạn các virus thuộc nhĩm ―nucleocytoplasmic large DNA viruses‖ nhƣ virus đậu mùa (pox virus) cĩ kích thƣớc lớn hơn vi khuẩn Chlamydia (gây bệnh viêm đƣờng tiết niệu). 7. Mặc dù virus cĩ kích thƣớc bộ gen nhỏ nhƣng các virus thuộc nhĩm ―nucleocytoplasmic large DNA viruses‖ cĩ kích thƣớc rất lớn. Ví dụ Acanthamoeba polyphaga mimivirus (APMV), một virus mới đƣợc khám phá gần đây, cĩ bộ gen lớn tới 1.2 Mb, lớn hơn bộ gen của nhiều lồi phytoplasma, riketsia và chlamydia. 8. Mặc dù virus khơng cĩ hệ thống tái tạo năng lƣợng nhƣng vi khuẩn chlamydia cũng thiếu. Lập luận chủ chốt nhất của quan điểm thứ hai là dựa vào đặc tính tái sinh của virus. 1.6 NGUỒN GỐC VIRUS Vì đặc điểm bộ gen của virus rất đa dạng nên virus đƣợc xem là đa nguồn gốc (polythetic) và virus DNA thì tiến hĩa độc lập với virus RNA. Tuy nhiên vì chúng cĩ một đặc điểm rất chung là bộ gen lại đƣợc bao bọc bởi các protein vỏ nên hiện vẫn khơng cĩ một quan điểm thống nhất về nguồn gốc virus. Cho tới nay, đã cĩ 3 giả thuyết về nguồn gốc virus. 1. Thuyết virus cĩ trƣớc. Theo thuyết này, virus chính là dạng tồn tại hay là hĩa thạch sống của các dạng sống tiền tế bào. Thuyết này đã bị loại bỏ từ lâu vì tất cả các virus đều là các ký sinh chuyên tính cao độ và chỉ cĩ thể tái sinh trong một tế bào ký chủ đang sống. 2. Thuyết suy thối. Theo thuyết này, virus là dạng suy thối của các sinh vật đơn bào. Thuyết này cũng thƣờng bị phản bác vì 2 lý do: (i) Khoa học chƣa từng khám phá ra bất kỳ một dạng trung gian nào giữa tế bào và virus. (ii) Đối với một số dạng suy thối từ tế bào nhƣ Mycoplasma/Phytoplasma là dạng suy thối của vi khuẩn, hay Microsporidia là dạng suy thối của tế bào Eukaryote, hay Nanoarchaea là dạng suy thối của Archaea, thì tất cả chúng đều vẫn giữ đƣợc một số đặc trƣng của tế bào nhƣ cĩ ribosome cũng nhƣ bộ máy tổng hợp protein và năng lƣợng. 16
18. 3. Thuyết trốn thốt (escape). Virus là các mảnh vật liệu di truyền của tế bào và bằng cách nào đĩ thốt khỏi sự kiểm sốt của tế bào và tiến hĩa để trở thành các thực thể ký sinh độc lập với bộ gen tế bào. Thuyết này đã và đang trở nên phổ biến vì cĩ nhiều bằng chứng ủng hộ nhƣ: (i) Bộ gen virus cĩ cả dạng DNA và RNA. (ii) Một số virus cĩ thể tổng hợp gen ký chủ vào bộ gen của nĩ (ví dụ begomovirus/thuốc lá). (iii) Một số virus cĩ thể tổng hợp vào bộ gen ký chủ (ví dụ các retrovirus, pararetrovirus). (iv) Một số virus cĩ đặc điểm bộ gen giống ký chủ (ví dụ geminivirus/plasmid, potyvirus/mRNA ). Tuy nhiên một số ý kiến khác khơng đồng ý khi cho rằng: (i) Cơ chế nucleic acid của virus tiếp nhận và lắp ráp với protein vỏ vẫn khơng rõ. (ii) Nếu theo thuyết này, thực khuẩn thể phải cĩ nguồn gốc từ vi khuẩn và virus của eukaryote phải cĩ nguồn gốc từ eukaryote. Tuy nhiên ngƣời ta đã chứng minh một số gen thực khuẩn thể T4 lại giống với gen của eukaryote hơn so với của vi khuẩn. (iii) Cho tới nay, rất nhiều bộ gen của cả prokaryote lẫn eukaryote đã đƣợc giải trình tự nhƣng phần lớn các gen virus lại chẳng giống chút nào với các gen ký chủ tƣơng ứng. 1.7 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIRUS THỰC VẬT Cho tới nay (2010), hơn 2000 virus đã đƣợc phát hiện và cơng nhận, trong đĩ khoảng 1000 là các virus gây hại thực vật. Các virus thực vật nhìn chung khơng làm chết cây nhƣng chúng ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sinh trƣởng, phát triển của cây, năng suất và chất lƣợng nơng phẩm. Nhiều trƣờng hợp, bệnh do virus gây cĩ thể là một trong các nguyên nhân chính cản trở sản xuất của một cây trồng nào đĩ. Một số ví dụ bệnh virus hại cây trồng quan trọng trên thế giới và đã đƣợc xác định cĩ ở Việt Nam bao gồm: 1. Bệnh xoăn vàng lá cà chua do nhiều begomovirus. 2. Bệnh chùn ngọn chuối do banana bunchytop virus (BBTV). 3. Bệnh đốm hình nhẫn đu đủ, bầu bí do papaya ring spot virus (PRSV). 4. Bệnh tàn lụi cây cĩ múi do citrus tristeza virus (CTV). 5. Bệnh khảm lá khoai tây trên khoai tây do potato virus Y (PVY). 6. Bệnh khảm lá cây họ đậu do bean common mosaic virus virus (BCMV). 7. Bệnh tungro hại lúa nhƣ bệnh tungro do phức hợp 2 virus là rice tungro bacilliform virus (RTBV) và rice tungro spherical virus (RTSV). 8. Bệnh vàng lùn (lúa cỏ) hại lúa do rice grasy stunt virus (RGSV). 9. Bệnh lùn xoắn lá (táp lá) hại lúa do rice ragged stunt virus (RGSV). 10. Bệnh lùn sọc đen hại lúa, ngơ do southern rice black streaked dwarf virus (SRBSDV). 11. Bệnh vàng lụi (vàng tạm thời, vàng lá di động) trên lúa do rice yellow stunt virus (RYSV). 17
19. 1.8 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 1 1. Virus đƣợc thực sự nghiên cứu từ bao giờ, gắn với bệnh gì? 2. Virus cĩ ý nghĩa lịch sử đối với ngành virus học là gì? 3. Các nhà khoa học đã thực hiện những nghiên cứu đầu tiên về virus học. 4. Ví dụ 3 sự kiện khoa học ảnh hƣởng lớn đến nghiên cứu virus. 5. Vi dụ 3 dụng cụ cĩ ảnh hƣởng lớn đến nghiên cứu virus. 6. Nguồn gốc của thuật ngữ ―virus‖. 7. Virus là gì? 8. Sự khác biệt cơ bản của virus đối với các tác nhân gây bệnh cĩ bản chất tế bào (các prokaryote và eukaryote) và phi tế bào (prion, viroid) là gì? 9. Sự khác biệt trong tranh luận về bản chất sống của virus là gì? Đâu là sự khác biệt cơ bản nhất? 10. Các giả thuyết về nguồn gốc virus. Với bằng chứng khoa học hiện cĩ thì khả năng nhất virus cĩ nguồn gốc từ đâu? 11. Ví dụ 3 virus cĩ tầm quan trọng lớn trong nơng nghiệp thế giới. 12. Ví dụ 3 virus cĩ tầm quan trọng lớn đối với nơng nghiệp Việt Nam. 1.9 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 1. Hull, R. (2002). Matthews's Plant Virology. Fourth edition: Academic Press. 2. Lesnaw, J. A. & Ghabrial, S. A. (2006). Tulip Breaking: Past, Present, and Future. Plant Disease 84, 1052-1060. 3. Patrick, F. (2006). The origin of viruses and their possible roles in major evolutionary transitions. Virus Research 117, 5-16. 4. Saunders, K., Bedford, I. D., Yahara, T. & Stanley, J. (2003). The earliest recorded plant virus disease: Pathogenic DNA paints summer foliage gold, and inspired a poet over a millennium ago. NATURE 422, 831. 5. van der Want, J. P. H. & Dijkstra, J. (2006). A history of plant virology. Archives of Virology 151, 1467–1498. 18
20. Chƣơng 2. PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP 2.1 TĨM TẮT NỘI DUNG Nội dung chính của chƣơng là lịch sử và cơ sở khoa học của việc phân loại và đặt tên virus; hệ thống tổ chức của cơ quan cĩ thẩm quyền về mặt quốc tế đối với phân loại virus; cách phân biệt khái niệm ―lồi virus‖ và ―virus‖; cách viết tên virus và tên lồi virus đúng; hệ thống phân loại virus hiện nay. 2.2 PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP Phân loại học (Taxonomy =systemics): là khoa học phân loại gồm 2 nhánh là phân loại ―classification‖ và danh pháp ―nomenclature‖. Phân loại là xắp xếp các các đơn vị phân loại ―taxon‖ vào các nhĩm khác nhau theo mối quan hệ của chúng dựa theo các tiêu chí xác định. Danh pháp là đặt tên các đơn vị phân loại theo 1 qui tắc xác định. Cả phân loại và danh pháp gắn liền với nhau và nhằm mục tiêu: 1. Tạo ra một sự sắp xếp cĩ trật tự các virus sao cho con ngƣời cĩ thể hiểu thấu đáo đƣợc chúng. 2. Giúp con ngƣời cĩ thể giao tiếp đƣợc với nhau về đối tƣợng virus nghiên cứu. 3. Giúp tiên đốn các đặc tính của một virus mới. 4. Bộc lộ mối quan hệ tiến hĩa của các virus. 2.3 LịCH SỬ DANH PHÁP VÀ PHÂN LOẠI VIRUS Khi virus đƣợc nghiên cứu lần đầu khoảng 1 thế kỷ trƣớc thì vào thời gian đĩ bản chất của virus vẫn chƣa đƣợc biết: chúng khơng nuơi cấy đƣợc trên mơi trƣờng nhân tạo, khơng quan sát đƣợc dƣới kính hiển vi và chúng cũng khơng di chuyển qua màng lọc vi khuẩn. Do vậy, các nhà virus học đầu tiên đã đặt tên loại tác nhân gây bệnh bí ẩn này bằng bệnh mà chúng gây ra gồm tên cây ký chủ và triệu chứng đặc trƣng nhất, chẳng hạn virus khảm lá thuốc lá (tobacco mosaic virus, TMV). Lúc này, virus đƣợc xem là một tác nhân gây bệnh ổn định cĩ nghĩa trên một cây ký chỉ cụ thể thì các bệnh khác nhau (dựa vào triệu chứng) sẽ do các virus khác nhau gây ra. Tuy nhiên vào đầu những năm 1930, các nhà khoa học đã nhận thấy rằng: (1) các virus cĩ thể tồn tại dƣới dạng các chủng khác nhau và các chủng này cĩ thể gây ra triệu chứng rất khác nhau trên cùng một cây ký chủ; (2) các virus khác nhau cĩ thể gây triệu chứng giống hệt nhau trên cùng một cây ký chủ và (3) một bệnh trên một cây cĩ thể do hai virus khác nhau gây ra. Năm 1927, Johnson đề xuất rằng việc định tên một virus ngồi triệu chứng cịn cần phải tính đến các đặc điểm khác và đề nghị đặt tên virus bằng tên thơng thƣờng (common name) của ký chủ + từ virus + một số chỉ virus, ví dụ TMV đổi thành tobacco virus 1. Năm 1935, Johnson và Hoggan đã sử dụng 5 đặc điểm sau để phân loại virus thực vật: 1. Phƣơng thức lan truyền. 2. Ký chủ tự nhiên và cây chỉ thị. 3. Thời gian tồn tại trong dịch chiết cây (longevity in vitro, LIV) 19
21. 4. Ngƣỡng nhiệt độ mất hoạt tính (thermal death point, TDP). 5. Triệu chứng. Dựa trên cách phân nhĩm trên, khoảng 50 virus đã đƣợc xác định trong thời gian này. Năm 1937, Smith đề xuất cách đặt tên và phân nhĩm khác. Các virus đƣợc đặt tên và phân nhĩm theo tên khoa học của ký chủ mà trên đĩ virus đƣợc phát hiện đầu tiên. Nhƣ vậy TMV đƣợc đổi thành Nicotiana virus 1. Theo hệ thống của Smith, cĩ 15 virus thuộc nhĩm Nicotiana trong tổng số 51 virus. Với cách phân nhĩm này, các virus rất khác nhau về nhiều đặc điểm cơ bản lại đƣợc xếp vào cùng nhĩm và do đĩ đây khơng phải là phân loại. Năm 1939, Holmes đƣa ra một cách phân loại trong đĩ dựa chủ yếu vào phƣơng thức lan truyền và phản ứng của ký chủ. Điểm mới là ơng đã đƣa danh pháp ―tên kép La tinh‖ (Latin binomial) để đặt tên virus giống nhƣ của các đối tƣợng khác trong phân loại sinh học. Theo cách của ơng, TMV trở thành Marmor tabaci (Marmor nghĩa là đá cẩm thạch theo tiếng la tinh, ám chỉ triệu chứng khảm lá). Với hệ thống này, 53 trong tổng sơ 89 virus đã đƣợc xếp vào chi Marmor. Tƣơng tự nhƣ cách phân nhĩm của Smith, nhiều virus thuộc chi Marmor cĩ đặc điểm cơ bản rất khác nhau. Từ 1940 – 1970, một số hệ thống danh pháp virus dùng tên kép La tinh đã đƣợc đề xuất. Ví dụ TMV đã từng đƣợc đặt là Musivum tabaci (1940), Phytovirus nicomosaicum (1941), Nicotianavir communae (1942), Minchorda nicotianae (1957), Protovirus tabaci (1966), Vironicotum maculans (1968), Virothrix iwanowskii (1970). Tuy nhiên việc sử dụng tên la tinh cho virus đã bị phản đối trong thời gian dài, đặc biệt là từ các nhà virus học thực vật, vốn đi trƣớc các nhà virus học động vật trong vấn đề phân loại virus. Lý do là họ khơng chấp nhận khái niệm ―lồi, species‖ đối với virus. Họ cho rằng khái niệm ―lồi‖ đƣợc chấp nhận duy nhất là ―lồi sinh học‖ đƣợc áp dụng cho các đối tƣợng cĩ chung bể gen (gene pool) và biệt lập về sinh sản. Ngồi ra theo họ, nếu chấp nhận một khái niệm lồi đối với virus thì chắc chắn sẽ dẫn tới việc la tinh hĩa tên virus. Nhƣ vậy, cĩ thể thấy các cách phân loại và đặt tên virus ở trên chủ yếu dựa vào bệnh chứ khơng phải dựa vào virus. 2.4 ỦY BAN PHÂN LOẠI VIRUS QUỐC TẾ (ICTV) Năm 1966 tại Hội nghị Vi sinh vật học Quốc tế tổ chức tại Moscow, một Ủy ban Danh pháp Virus Quốc tế (International Committee for the Nomenclature of Viruses) đã đƣợc thành lập với nhiệm vụ phát triển một hệ thống phân loại và danh pháp đƣợc chấp nhận về mặt quốc tế và thống nhất cho tất cả các loại virus. Vào năm 1973, Ủy ban này đổi tên thành Ủy ban Phân loại Virus Quốc tế (International Committee on Taxonomy of Viruses, ICTV). Về mặt tổ chức, hiện nay, ICTV gồm khoảng 500 nhà virus hàng đầu trên thế giới, chia thành 5 ―tiểu ban‖ (subcommittee) chuyên mơn (hình 2-1) là: 1. Virus hại động vật cĩ xƣơng sống. 2. Virus hại động vật khơng xƣơng sống. 3. Virus hại thực vật. 4. Virus nhiễm vi khuẩn (thực khuẩn thể). 5. Virus hại nấm. 20
22. 6. Một tiểu ban cơ sở dữ liệu. Các tiểu ban chuyên mơn lại bao gồm các ―nhĩm nghiên cứu‖ (study-group), mỗi nhĩm chịu trách nhiệm đối với 1 họ virus hoặc 1 nhĩm virus chƣa phân loại. Cho tới nay, ICTV đã cơng bố 7 báo cáo trình bày hệ thống phân loại và danh pháp của tất cả các đối tƣợng virus trên thế giới vào các năm 1971, 1976, 1979, 1982, 1991, 1995, 2000 và 2005. Báo cáo lần thứ 7 (năm 2000) đã chính thức đƣa ra khái niệm ―lồi‖ virus và qui định cách viết tên lồi. Báo cáo cũng liệt kê 1550 lồi, 233 chi và 56 họ. Báo cáo lần thứ 8 (năm 2005) đã phê chuẩn 3 bộ, 73 họ, 287 chi và hơn 5450 virus thuộc > 1950 lồi. Việc bổ sung và sửa đổi các vị trí phân loại đƣợc thực hiện thƣờng xuyên tại ICTV. ICTV chỉ chịu trách nhiệm phân loại ở 4 mức là: bộ (order), họ (family), họ phụ (subfamily), chi (genus) và lồi (species). Đơn vị phân loại cơ bản là lồi và khơng nhất thiết phải sử dụng cả 4 mức phân loại. Phần lớn các lồi đã đƣợc phân loại tới mức chi và phần lớn các chi đã đƣợc phân loại tới mức họ. Chỉ một số họ đã đƣợc phân loại tới mức bộ. Theo báo cáo lần thứ 8 của ICTV, chỉ cĩ 3 bộ đƣợc ghi nhận trong đĩ cĩ một bộ bao gồm cả virus thực vật là bộ Monovirales. Ngồi ra nhiều lồi hiện mới chỉ đƣợc phân loại tới mức chi. Ví dụ lồi đã đƣợc phân loại tới mức bộ là: Bộ Monovirales Họ Rhabdoviridae Chi Cyorhabdovirus Lồi Lettuce necrotic yellows virus Ví dụ lồi đã đƣợc phân loại tới mức họ là: Họ Caulimoviridae Chi Tungrovirus Lồi Rice tungro bacilliform virus Ví dụ lồi đã đƣợc phân loại tới mức chi là: Chi Tenuivirus Lồi Rice grassy stunt virus ICTV khơng cĩ trách nhiệm trong phân loại và định tên các mức phân loại dƣới lồi nhƣ serotype, genotype, strain, variant và isolate. Việc phân loại ở mức dƣới lồi là do các tác giả nghiên cứu tự quyết định. ICTV cũng khơng cĩ trách nhiệm phân loại và định tên các virus đƣợc tạo ra bằng con đƣờng nhân tạo. Cần phải hiểu rõ rằng trong sinh học, đơn vị phân loại cơ bản chính thức thấp nhất là lồi (species) cịn các mức phân loại dƣới lồi nhƣ serotype, genotype, strain, variant và isolate là các đơn vi phân loại khơng chính thức và khơng tƣơng đƣơng nhau giữa các đối tƣợng nghiên cứu. 21
23. 2.5 DANH PHÁP VIRUS HIỆN TẠI THEO ICTV Tên virus. Tên virus thƣờng do các tác giả đặt theo trật tự sau: tên ký chủ đầu tiên virus đƣợc phát hiện + triệu chứng điển hình + từ virus. Cần chú ý là tên virus chính là tên thơng thƣờng (common name) nên hiển nhiên là khác nhau giữa các nƣớc. Tuy nhiên chúng ta thƣờng quen với tên thơng thƣờng tiếng Anh, chẳng hạn nhƣ tobacco mosaic virus. Do vậy, các tác giả phát hiện virus thƣờng đặt tên tiếng Anh cho virus. Mặc dù ICTV khơng chính thức can thiệp vào việc đặt tên nhƣng trong một số trƣờng hợp đặc biệt khi cĩ rất nhiều virus thuộc các lồi khác nhau cùng đƣợc phát hiện đầu tiên trên một cây ký chủ với triệu chứng giống nhau thì các ―nhĩm nghiên cứu‖ cĩ thể hƣớng dẫn cách đặt tên, chẳng hạn thêm tên địa phƣơng vào tên virus. Ví dụ: Tomato yellow leaf curl Vietnam virus (TYLCVNV), tomato leaf curl Vietnam virus (ToLCVV). Đây là 2 virus thuộc chi Begomovirus và gây bệnh xoăn vàng lá cà chua ở Việt Nam. Tên lồi virus. Tên lồi virus là tên virus tiếng Anh đƣợc viết (in) nghiêng. Ký tự đầu tiên của tên lồi phải viết hoa (khơng kể chữ hoa chỉ danh từ riêng nếu cĩ trong tên lồi). Tên lồi khơng chứa tên tác giả hoặc tên ngƣời. Danh pháp tên lồi virus là danh pháp tên đơn ―monomial‖. Ví dụ cách đặt tên lồi virus: Tên virus tiếng Anh là tobacco mosaic virus => tên lồi là Tobacco mosaic virus Tên virus tiếng Anh là tomato leaf curl Vietnam virus => tên lồi là Tomato leaf curl Vietnam virus Một số điểm chú ý về tên lồi: Mặc dù tên lồi là tên đơn nhƣng thƣờng gồm nhiều từ, ví dụ Tobacco mosaic virus. Vì tên lồi virus là tên virus tiếng Anh đƣợc viết (in) nghiêng nên dễ gây nhầm lẫn và đặc biệt là khơng cĩ sự khác nhau trong cách đọc. Để tạo ra sự khác nhau giữa tên virus và tên lồi virus, danh pháp ―tên kép‖ (binomial) tiếng Anh đã đƣợc đề xuất, chẳng hạn Tobacco mosaic tobamovirus (trong đĩ từ tobamovirus là tên chi). Một ƣu điểm nữa của danh pháp này là thơng tin về chi đã đƣợc thêm vào tên lồi (giống nhƣ tên lồi của các đối tƣợng sinh vật khác). Danh pháp tên kép đã đƣợc sự ủng hộ và sử dụng rộng rãi trong cộng đồng các nhà virus thực vật. Một đề xuất chính thức đã đƣợc gửi lên ICTV vào năm 1998. Tuy nhiên ICTV đã khơng chính thức cơng nhận danh pháp này vì 3 lý do: (1) nhiều nhà virus động vật khơng ủng hộ do khi áp dụng danh pháp tên kép sang virus động vật đã tạo ra nhiều tên lồi rất dài và chứa nhiều từ trùng lặp chẳng hạn Human varicella-zoster varicellovirus hay Influenza A influenzavirus A, (2) một số nhà virus học, những ngƣời cho rằng virus khơng phải là sinh vật thực sự, phản đối vì theo họ danh pháp tên kép phải dùng tên La tinh, và (3) tại thời điểm đĩ, việc thay đổi vị trí phân loại ở mức chi đã xảy ra khá phổ biến đối với nhiều virus. Mới đây, vào năm 2002, ICTV đã tổ chức thăm dị ý kiến 250 nhà virus học hàng đầu thế giới. Kết quả cho thấy 85 % đã ủng hộ cách sử dụng danh pháp tên kép tiếng Anh. Hiện nay, ICTV đang xây dựng các qui định để chuyển sang sử dụng hệ thống danh pháp này. Trong văn bản khoa học (luận văn, bài báo), tên lồi chỉ xuất hiện một lần. Các thứ bậc phân loại chính thức phải đƣợc viết (in) nghiêng và ký tự đầu tiên phải viết hoa, ví dụ: lồi Tobacco mosaic virus, chi Tobamovirus. 22
24. Về viết tắt. Vì tên virus thƣờng dài nên trong quá trình viết và nĩi, ngƣời ta hay dùng tên viết tắt của virus, chẳng hạn TMV (tobacco mosaic virus), CMV (cucumber mosaic virus). Tên lồi virus thƣờng khơng cần viết tắt vì tên lồi đầy đủ thƣờng chỉ xuất hiện 1 lần trong văn bản khoa học (luận văn, bài báo). 2.6 PHÂN BIỆT VIRUS VÀ LỒI VIRUS Virus là thực thể cụ thể (tồn tại trong khơng gian và thời gian) => cĩ thể thao tác với virus, chẳng hạn tinh chiết, lây nhiễm một virus. Lồi virus là khái niệm trừu tƣợng (chỉ tồn tại trong trí ĩc con ngƣời) => khơng thể thao tác với ―lồi virus‖. Nhƣ vậy cĩ thể thấy chỉ virus mới gây ra bệnh cịn lồi virus thì khơng gây bệnh. 2.7 KHÁI NIỆM LỒI VIRUS Trong sinh học, lồi là đơn vị phân loại cơ bản thấp nhất. Hiện cĩ 22 định nghĩa lồi khác nhau đƣợc đề xuất (Mayden, 1997) nhƣng chẳng cĩ định nghĩa nào cĩ thể áp dụng cho tất cả các đối tƣợng. Một trong những khĩ khăn là thuật ngữ đƣợc sử dụng theo nhiều cách khác nhau và khơng phải luơn đƣợc phân biệt rõ ràng. Một số định nghĩa chính là: Lồi kiểu hình. Định nghĩa lồi kiểu hình, về măt lịch sử, cĩ từ thời Hy Lạp cổ đại. Aristot đã chia sinh giới tự nhiên thành các nhĩm sinh vật rời rạc. Về sau, Linneaus đã củng cố khái niệm này và xây dựng danh pháp tên kép (binomial). Một ví dụ của khái niệm lồi kiều hình là: ―một lồi là một nhĩm các sinh vật tƣơng tự nhau và khác các nhĩm khác‖ (Ridley, 1993). Định nghĩa này hiện vẫn cĩ ích trong phân loại, đặc biệt đối với thực vật. Lồi sinh học. Khái niệm lồi nổi tiếng nhất do Mayr xây dựng lần đầu vào năm 1963: ―Lồi là các nhĩm quần thể giao phối tự nhiên biệt lập về sinh sản với các lồi khác‖. Định nghĩa này đã bị chỉ trích vì nĩ chỉ cĩ thể áp dụng cho các sinh vật sinh sản hữu tính. Năm 1982, Mayr đã biến đổi định nghĩa này nhƣ sau ―Một lồi là một cộng đồng các quần thể sinh sản (biệt lập) và chiếm một ổ sinh thái tự nhiên‖. Khái niệm của Mayr cịn đƣợc gọi là lồi biệt lập, thƣờng đƣợc áp dụng cho động vật nhƣng khĩ áp dụng cho các đối tƣợng khác. Lồi tiến hĩa. Dựa trên lý thuyết tiến hĩa, nhiều tác giả đƣa ra khái niệm lồi tiến hĩa: ―Một lồi tiến hĩa là một dịng các quần thể cĩ quan hệ tổ tiên – con cháu, khác với các dịng khác và cĩ xu hƣớng tiến hĩa cũng nhƣ số phận lịch sử riêng‖ (Wiley, 1981). Bằng cách thêm ý tƣởng tổ tiên – con cháu, khái niệm này đã bổ sung sự gắn kết nội tại giữa các thành viên trong cùng lồi mà sự gắn kết này khơng cĩ ở các khái niệm lồi dựa trên kiểu hình thuần túy. Nhƣ vậy, khơng cĩ một khái niệm lồi nào cĩ thể áp dụng cho tất cả các đối tƣợng sinh học. Đối với một đối tƣợng, cần phải biến đổi các khái niệm hiện cĩ. Ví dụ, một khái niệm lồi tiến hĩa mới đƣợc đề xuất gần đây đối với vi sinh vật tiền nhân là ― Một nhĩm các sinh vật đơn hình, gắn kết về di truyền, cĩ mức độ tƣơng đồng cao về về nhiều đặc điểm độc lập và cĩ thể chẩn đốn đƣợc nhờ một đặc tính kiểu hình rõ ràng‖ (Rossellĩ-Mora & Amann, 2001). Định nghĩa lồi virus. ICTV, nhƣ trình bày trong Báo cáo lần thứ 7 (2000), đã chấp nhận định nghĩa lồi áp dụng cho virus do Van Regenmorten đề xuất năm 1991: ―Một lồi virus là một lớp đa hình các virus tạo thành một dịng tái sinh và chiếm một ổ sinh thái đặc biệt‖ - ―A virus species is a polythetic class of viruses that constitute a replicating lineage and occupy a particular ecological niche‖ 23
25. Một số thuật ngữ cần đƣợc giải thích: 1. Lớp (class). ―Lớp‖ trong định nghĩa này khơng phải là ―lớp‖ theo nghĩa thứ bậc phân loại kiểu ―bộ-họ-lớp‖. Lớp ở đây cần đƣợc hiểu là một khái niệm trừu tƣợng chỉ tập hợp các thực thể cùng chia sẻ một thuộc tính chung. Nếu một virus cĩ bộ gen RNA sợi dƣơng, nĩ tự động là thành viên của lớp các virus RNA sợi dƣơng. Đây đƣợc gọi là lớp chung vì nĩ đƣợc xác định bởi một đặc tính chung hoặc một tập hợp các đặc tính cĩ mặt ở tất cả các thành viên của lớp. 2. Lớp đa hình. Lớp đa hình là một lớp mà các thành viên của nĩ cĩ nhiều đặc điểm chung mặc dù khơng cĩ đặc điểm riêng biệt nào cĩ mặt trong tất cả các thành viên của nĩ. Hậu quả là khơng một đặc điểm duy nhất nào cĩ thể đƣợc sử dụng làm chỉ tiêu phân biệt lồi. Ví dụ, một phản ứng ký chủ đặc biệt hoặc một mức độ tƣơng đồng chuỗi gen nào đĩ khơng thể đƣợc sử dụng nhƣ là một chỉ tiêu tuyệt đối để phân biệt 2 lồi virus của cùng một chi. Lồi khơng phải là một lớp chung cĩ thế đƣợc xác định bởi một đặc tính riêng lẻ, do vậy chúng khác các thứ bậc phân loại cao hơn, chẳng hạn chi và họ – là 2 khái niệm phân loại thuộc lớp chung – bao gồm các thành viên cùng chia sẻ một hoặc vài các đặc tính chung cần và đủ để phân biệt mối quan hệ. Hình 2-1 Sơ đồ minh họa 5 thành viên của 1 lớp đa hình cĩ 5 đặc điểm (Van Regenmortel, 2007) 3. Dịng tái sinh. Khái niệm này chỉ ra rằng các thành viên của cùng lồi cĩ cùng chung nguồn gốc. Cũng cần chú ý rằng, chia sẻ chung nguồn gốc cũng là đặc điểm liên kết các thành viên của cùng thứ bậc phân loại cao hơn, chẳng hạn chẳng hạn chi và họ. Các thành viên của lồi trải qua biến dị liên tục theo thời gian thơng qua tái sinh bộ gen. Các biến dị tích luỹ và đạt tới điểm mà các sai khác về kiểu hình và kiểu gen đủ để phán xét một thành viên của lồi trở thành một lồi khác. 4. Ổ sinh thái. Khái niệm này chỉ ra các đặc trƣng sinh học của virus bao gồm phạm vi ký chủ, quan hệ vector, tính gây bệnh, tính độc, tính hƣớng mơ, mơi trƣờng sống. Khái niệm lồi virus cĩ một khác biệt cơ bản so với nhiều khái niêm lồi khác là ở chỗ: các khái niệm lồi khác, điển hình là lồi biệt lập, đƣợc xây dựng trên cơ sở cho rằng lồi là một khái niệm cụ thể, chỉ một thực thể khách quan, tồn tại độc lập với ý muốn con ngƣời; trái lại, lồi virus là một khái niêm trừu tƣợng, do con ngƣời tạo ra. Khác biệt này đã và đang là chủ đề tranh luận nĩng bỏng trong phân loại học. 2.8 CÁC CHỈ TIÊU PHÂN LOẠI VIRUS Việc chấp nhận khái niệm lồi virus bởi các nhà virus học quốc tế là một bƣớc quan trọng nhằm thiết lập một hệ thống phân loại virus thống nhất nhƣng khái niệm này ít cĩ giá trị trong việc phân biệt liệu một mẫu virus cụ thể nào đĩ cĩ là thành viên của một lồi virus đƣợc xác định trƣớc hay khơng. Lý do là ngƣời ta cĩ thể định nghĩa các khái niệm trừu nhƣ lồi nhƣng khơng thể định nghĩa một mẫu virus cụ thể. Một mẫu virus chỉ cĩ thể đƣợc đặt tên và xác định bằng các đặc điểm chẩn đốn. Vì lồi là một lớp đa hình, việc xác định này đƣợc dựa trên một 24
26. số các tiêu chí khác nhau qui định mức độ quan hệ của một mẫu virus với một lồi đã đƣợc xác định trƣớc (các đặc điểm chẩn đốn), thay vì chỉ vì dựa vào một chỉ tiêu đơn lẻ. Để phân biệt ở mức lồi, khơng cần thiết dùng các đặc điểm cĩ mặt ở tất cả các thành viên của chi hoặc họ, chẳng hạn nhƣ hình thái virion, tổ chức bộ gen, phƣơng thức tái sinh, số lƣợng và kích thƣớc các protein cấu trúc và phi cấu trúc. Các chỉ tiêu dƣới đây (mà tầm quan trọng thay đổi theo chi) thƣờng đƣợc áp dụng để phân biệt các mẫu virus ở mức lồi. 1. Đặc điểm virion 1. Đặc điểm hình thái (hình dạng; kích thƣớc; cĩ hoặc khơng cĩ vỏ bọc; cấu trúc các đơn vị hình thái capsomer) 2. Đặc tính vật lý (khối lƣợng phân tử; tỷ trọng; hệ số sa lắng; tính ổn định đối với pH, nhiệt độ, cation, dung mơi, bức xạ) 3. Đặc điểm bộ gen (loại acid nucleic (DNA hay RNA); loại sợi (đơn hay kép, mạch thẳng hay mạch vịng); loại cực (âm, dƣơng hay lƣỡng cực); số phân đoạn (phân tử) của bộ gen; đặc điểm đầu 5‘ và đầu 3‘; so sánh trình tự. 4. Đặc điểm protein (số lƣợng; kích thƣớc; chức năng; so sánh chuỗi) 5. Đặc điểm lipid (cĩ hay khơng cĩ; bản chất) 6. Đặc điểm carbonhydrate (cĩ hay khơng cĩ; bản chất) 2. Tổ chức bộ gen và phƣơng thức tái sinh 1. Tổ chức bộ gen. 2. Phƣơng thức tái sinh. 3. Đặc điểm phiên mã. 4. Đặc điểm dịch mã và xử lý hậu dịch mã. 5. Vị trí tích lũy protein virus, lắp ráp virion, thành thục và giải phĩng virion. 6. Tế bào học, hình thành thể vùi. 3. Đặc điểm kháng nguyên 1. Quan hệ huyết thanh. 2. Bản đồ epitope. 4. Đặc điểm sinh học 1. Phạm vi ký chủ (tự nhiên và thực nghiệm). 2. Tính gây bệnh. 3. Tính hƣớng mơ, bệnh học, mơ học. 4. Phƣơng thức lan truyền ngồi tự nhiên. 5. Quan hệ vector. 6. Phân bố địa lý. Ngay khi một lồi đã đƣợc thiết lập trên cơ sở một tổ hợp các đặc điểm, ngƣời ta cĩ thể xác định một mẫu virus cĩ là thành viên của lồi đĩ khơng bằng cách đánh giá chỉ một vài đặc điểm chẩn đốn. Ví dụ, nếu chuỗi gen của một mẫu là 99,9 % đồng nhất với một thành viên đã biết của một lồi thì mẫu đĩ là thành viên của lồi đĩ. 25
27. 2.9 HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VIRUS HIỆN TẠI THEO ICTV Hệ thống phân loại virus hiện nay là một hệ thống phân loại sinh học, đƣợc tổ chức thành các thứ bậc phân loại khác nhau với các hậu tố qui định nhƣ sau: Bộ (- virales) Họ (- viridae) Phân họ (- virinae) Chi (- virus) Lồi (- virus) Hiện nay (2009), ICTV đã phê chuẩn 2.288 lồi virus đƣợc xếp vào 348 chi. Tuy nhiên, khơng phải tất cả các lồi đã đƣợc phân loại tới bộ. Trong tổng số lồi, chỉ 549 lồi (24%) đã đƣợc phân loại đến bộ (6 bộ gồm 22 họ), cịn lại 1739 lồi (76%) mới chỉ đƣợc phân loại đến họ (65 họ). Đối với virus thực vật, hiện cĩ khoảng ~ 1000 lồi, trong đĩ khoảng 80 % là các virus RNA, gồm đủ các nhĩm đƣợc minh họa tĩm tắt ở hình 2.2. Bảng 2-1 Các bộ, họ virus theo phân loại của ICTV (dựa trên số liệu 2009) Bộ Số họ Đặc điểm chính Ví dụ lồi DNA sợi kép (thực Caudovirales 3 Enterobacteria phage T4 khuẩn thể) Herpesvirales 3 DNA, sợi kép Human herpesvirus 1 RNA, sợi đơn, cực âm, Measles virus Mononegavirales 4 khơng phân mảnh, hại cả động vật, thực vật Rice yellow stunt virus RNA, sợi đơn, cực +, hại Porcine reproductive and respiratory Nidovirales 3 động vật syndrome virus RNA, sợi đơn, cực +, hại Hepatitis A virus Picornavirales 5 động vật, thực vật, cơn Sacbrood virus trùng Rice tungro spherical virus RNA, sợi đơn, cực +, hại Tymovirales 4 Potato virus X thực vật Human immunodeficiency virus 1 Hepatitis B virus Các virus khơng Rất đa dạng về đặc điểm White spot syndrome virus 65 đƣợc xếp thành bộ bộ gen và ký chủ Influenza A virus Papaya ring spot virus Tomato leaf curl Vietnam virus Tham khảo website của ICTV ( và Viralzone ( để cập nhật hệ thống phân loại virus. 26
28. Hình 2-2 Minh họa phân loại các chi, họ virus thực vật theo báo cáo lần thứ 8 (2005) của ICTV 27
29. 2.10 HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VIRUS THEO BALTIMORE Để đơn giản hĩa phân loại virus, một hệ thống phân loại virus khác cũng thƣờng đƣợc sử dụng gọi là hệ thống phân loại Baltimore. Hệ thống này do David Baltimore (giải Nobel 1975) đề xuất năm 1974. Baltimore phân loại các virus thành 7 nhĩm dựa trên đặc điểm bộ gen và cơ chế tái sinh (Bảng 2.2, Hình 2.3). Bảng 2-2 Hệ thống phân loại virus theo Baltimore Nhĩm Đặc điểm bộ gen Ví dụ virus thực vật I DNA, sợi kép Các begomovirus II DNA, sợi đơn Banana bunchy top virus III RNA, sợi kép Rice ragged stunt virus IV RNA, sợi đơn, cực (+) Papaya ring spot virus V RNA, sợi đơn, cực (-) Rice yellow stunt virus RNA, sợi đơn, cực (+), tái sinh qua trung gian DNA VI Glycine max SIRE1 virus (Retrovirus) DNA, sợi kép, tái sinh qua trung gian RNA VII Rice tungro bacilliform virus (Pararetrovirus) Hình 2-3 Sơ đồ phân loại virus theo Baltimore ( 28
30. 2.11 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 2 1. Bản chất phân loại virus trƣớc những năm 1970. Lấy 2-3 ví dụ minh chứng. 2. Lịch sử hình thành, tổ chức và vai trị của ICTV. 3. Phân biệt 2 khái niệm ―virus‖ và ―lồi virus‖. 4. Danh pháp virus hiện tại theo ICTV (tên virus, tên lồi virus, các điểm chú ý; phân biệt virus và lồi virus). Lấy ví dụ 3 tên virus và tên lồi virus tƣơng ứng. 5. Các cơ sở phân loại virus hiện tại. Đặc điểm nào quan trọng nhất? 6. Hệ thống phân loại virus hiện tại theo ICTV? 7. Số lƣợng lồi virus (tồn bộ) đƣợc ghi nhận hiện tại. Mỗi nhĩm virus động vật, virus thực vật và thực khuẩn thể chiểm khoảng bao nhiêu phần trăm tổng số lƣợng lồi? 8. Hệ thống phân loại virus thực vật hiện tại. 9. Đặc điểm chung nhất của các nhĩm virus thực vật chính (DNA sợi đơn, DNA sợi kép (phien mã ngƣợc), RNA sợi đơn cực (+), RNA sợi đơn cực (-), RNA phiên mã ngƣợc, RNA sợi kép). Các ví dụ dại diện cho các nhĩm virus chính (mức họ, mức chi, mức lồi). 10. Hệ thống phân loại Baltimor (số nhĩm, đặc điểm nhĩm, ví dụ). Ƣu nhƣợc điểm của hệ thống này. 2.12 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 1. Hull, R. 2002. Matthews‘ Plant Virology. Fourth edition 2. Mayden, R.L. (1997). A hierarchy of species concepts: the denouement in the saga of the species problem. In: M.F. Claridge, H.A. Dawah and M.R. Wilson (eds) ―Species: The Units of Biodiversity‖. Chapman and Hall, London, 381–424. 3. Mayr, E. (ed) (1963). Animal Species and Evolution. Harvard University Press, Cambridge, Mass. 4. Mayr, E. (ed) (1982). The Growth of Biological Thought. ―Diversity, Evolution, and Inheritance‖. Harvard University Press, Cambridge, Mass. 5. Rossellĩ-Mora, R. and Amann, R. (2001). The species concept for prokaryotes. FEMS Microbiology Reviews. 25, 39-67 6. Ridley, M. (1993). Evolution. Blackwell Scientific Publications. Boston, MA. 7. Van Regenmortel, M.H.V. (1990).Virus species, a much overlooked but essential concept in virus classification. Intervirology. 31, 241–254 8. Wiley, E.O. (ed.) (1981). ―Phylogenetics: The Theory and Practice of Phylogenetic Systematics‖. Willey, New York. 9. Van Regenmortel, M.H.V., 2001. Perspectives on binomial names of virus species. Arch. Virol. 146, 1637–1640. 10. Van Regenmortel, M.H.V., 2003. Viruses are real, virus species are man-made taxonomic constructions. Arch. Virol. 148, 2481–2488. 29
31. 11. Van Regenmortel, M.H.V., 2006. Virologists, taxonomy and the demands of logic. Arch. Virol. 151, in press. 12. Van Regenmortel, M.H.V., 2007. Virus species and virus identification: Past and current controversies. Infection, Genetics and Evolution .7: 133–144 13. Van Regenmortel, M.H.V., Fauquet, C.M., 2002. Only italicized species names of viruses have a taxonomic meaning. Arch. Virol. 147, 2247–2250. 14. Van Regenmortel, M.H.V., Mahy, B.W.J., 2004. Emerging issues in virus taxonomy. Emerg. Infect. Dis. 10, 8–13. 15. Van Regenmortel, M.H.V., Maniloff, J., Calisher, C.H., 1991. The concept of virus species. Arch. Virol. 120, 313–314. 16. Van Regenmortel, M.H.V., Bishop, D.H.L., Fauquet, C.M., Mayo, M.A., Maniloff, J., Calisher, C.H., 1997. Guidelines to the demarcation of virus species. Arch. Virol. 142, 1505–1518 30
32. Chƣơng 3. HÌNH THÁI VÀ CẤU TRÚC VIRUS 3.1 TĨM TẮT NỘI DUNG Chƣơng này chủ yếu cung cấp các khái niệm cơ bản về đặc điểm hình thái và cấu trúc của phân tử virus. 3.2 MỘT SỐ THUẬT NGỮ 1. Tiểu phần (subunit): Là một protein đơn lẻ, đƣợc mã hĩa bởi bộ gen virus, ở trạng thái cấu trúc khơng gian, cấu tạo nên vỏ protein của virus 2. Đơn vị hình thái (capsomer): Là đơn vị cấu trúc bề mặt thấy đƣợc dƣới kính hiển vi điện tử. Một đơn vị hình thái cĩ thể đƣợc cấu tạo bởi 1 hoặc nhiều tiểu phần và đƣợc gọi là monomer, dimmer, trimer, tetramer, pentamer, hexamer tùy theo số lƣợng tiểu phần hợp thành. 3. Vỏ protein (capsid): Vỏ protein bao quanh bộ gen virus. 4. Vỏ bọc (envelope): Gồm 2 phần: (i) một lớp màng kép lipid, thƣờng cĩ nguồn gốc từ màng tế bào hoặc màng cơ quan tử của tế bào ký chủ; (ii) các phân tử glycoprotein (thƣờng cĩ nguồn gốc từ virus) nhơ lên trên bề mặt. 5. Phân tử virus (virion): Là cấu trúc hình thái đầy đủ của virus. Phân tử virus cũng đƣợc gọi là hạt virus. 3.3 HÌNH THÁI VIRUS Phân tử virus thực vật cĩ kích thƣớc cực kỳ nhỏ, phần lớn trong phạm vi hàng chục tới hàng trăm nm (10-9 m), nên chỉ cĩ thể quan sát đƣợc bằng kính hiển vi điện tử (KHVĐT). Khi đƣợc quan sát dƣới KHVĐT, phân tử virus thực vật thƣờng cĩ hình thái ở các dạng sau: 1. Hình cầu (thực chất là hình cầu đa diện đối xứng): rất nhiều, ví dụ nanovirus, cucumovirus, reovirus. 2. Hình cầu kép: chỉ cĩ các geminivirus cĩ hình dạng này. 3. Hình giống vi khuẩn: chỉ badnavirus, tugrovirus, iflavirus, alfamovirus. 4. Hình viên đạn: chỉ rhabdovirus. 5. Hình gậy: rất nhiều, ví dụ potexvirus, tobamovirus. 6. Hình sợi mềm: chỉ potyvirus, flexivirus, closterovirus. 7. Hình tràng hạt: chỉ tenuivirus. 3.4 VIRUS TRẦN VÀ VIRUS CĨ VỎ BỌC Virus nĩi chung đƣợc chia làm 2 nhĩm: virus trần (naked capsid virus) và virus cĩ vỏ bọc (enveloped virus). Đa số virus thực vật và thực khuẩn thể thuộc nhĩm virus trần. Phân tử virus chỉ đƣợc cấu tạo bởi lõi acid nucleic và vỏ protein. Cấu trúc acid nuclecic + protein vỏ cịn đƣợc gọi là nucleocapsid. 31
33. Một số virus thực vật thuộc nhĩm nhĩm bền vững tái sinh (nhân lên trong tế bào vector; ví dụ nhƣ tospovirus, reovirus và nucleo/cytorhabdovirus) và nhiều virus động vật cĩ một vỏ bọc bên ngồi. Bên trong vỏ bọc là nucleocapsid gồm bộ gen virus đƣợc bao bọc bởi lớp vỏ preotein. Vỏ bọc đƣợc cấu tạo bởi (i) một lớp màng kép lipid, thƣờng cĩ nguồn gốc từ màng tế bào hoặc màng cơ quan tử của tế bào ký chủ; (ii) các phân tử glycoprotein (thƣờng cĩ nguồn gốc từ virus) nhơ lên trên bề mặt. Hình 3-1. Minh họa virus trần (hàng trên) và virus cĩ vỏ bọc (hàng dƣới) 3.4.1 Ví dụ virus thực vật cĩ vỏ bọc Trong khi phần lớn virus động vật là các virus cĩ vỏ bọc thì chỉ cĩ một số nhĩm virus thực vật cĩ vỏ bọc. Đây là các virus thƣờng truyền qua vector cơn trùng theo kiểu bền vững tái sinh (tức là virus nhân lên trong tế bào vector). Một ví dụ là các virus thuộc họ Bunyaviridae. Phần lớn bunyavirus gây bệnh trên động vật (ví dụ hantavirus, nairovirus và phlebovirus) nhƣng một số hại thực vật nhƣ các virus thuộc chi Tospovirus, điển hình là Tomato spotted wilt virus (TSWV). Các tospovirus (cũng nhƣ các bunyavirus khác) cĩ cấu trúc phân tử (virion) giống nhau. Phân tử virus cĩ hình cầu, kích thƣớc 80 – 120 nm và cĩ lớp vỏ bọc cấu tạo bởi: - Một lớp màng kép lipid dày ~ 5 nm, cĩ nguồn gốc từ màng tế bào ký chủ. - Hai loại gai (mấu) nhỏ cấu tạo bằng glycoprotein nhơ trên bề mặt với phần cuống gai nằm chìm trong lớp màng kép lipid. Độ dày của lớp gai ~ 5-10 nm. Hai loại gai này là 2 loại phân tử glycoprotein, ký hiệu là Gn và Gc (cịn đƣợc ký hiệu là G1 và G2). Bên trong là 3 phân tử nucleoprotein cấu tạo bởi RNA genome liên kết với các phân tử protein (các phân tử protein này đƣợc gọi là các nucleoprotein) và một số enzyme phiên mã transcriptase. Hình 3-2 Sơ đồ cấu trúc phân tử TSWV (và các bunyavirus khác) với cấu trúc cĩ vỏ bọc 32
34. 3.5 CẤU TRÚC PHÂN TỬ VIRUS Về cấu trúc, các phân tử virus thực vât (và cả các virus ký sinh động vật, nấm, vi khuẩn) gồm 2 nhĩm chính: (i) cấu trúc khối đa diện đối xứng dạng icosahedral và (ii) đối xứng xoắn. Ngồi ra, một số virus động vật và thực khuẩn thể cĩ cấu trúc phân tử phức tạp và đƣợc xếp vào nhĩm (iii) gọi là nhĩm khơng đối xứng 3.6 CẤU TRÚC DẠNG KHỐI ĐA DIỆN ĐỐI XỨNG (ICOSAHEDRON) 3.6.1 Cấu trúc dạng icosahedron Các virus thực vật cĩ cấu trúc phân tử loại icosahedron rất phổ biến. Icosahedron là một hình đa diện cấu tạo bởi 20 tam giác đều, và do đĩ cĩ 12 đỉnh và 30 cạnh. Cấu trúc này dẫn tới icosahedron cĩ 3 trục đối xứng. Trục đối xứng 3 lần là trục xuyên tâm tam giác; trục đối xứng 5 lần là trục xuyên đỉnh và trục đối xứng 2 lần là trục xuyên trung điểm của cạnh. Cấu trúc khối đa diện đối xứng bắt gặp ở các virus cĩ hình thái phân tử dạng hình cầu, hình cầu kép, hình giống vi khuẩn và hình viên đạn. Vì phải cần tối thiểu 3 tiểu phần để tạo thành một tam giác nên một hình icosahedron sẽ phải cần tối thiểu 3 x 20 = 60 tiểu phần. Chỉ một vài loại virus cĩ số lƣợng tiểu phần = 60 (ví dụ nhƣ các nepovirus hại thực vật). Ngồi ra, tại mỗi đỉnh, các tiểu phần thƣờng lắp ráp với nhau thành các pentamer (5 tiểu phần) nhơ lên rõ rệt (Hình 3.3). Hình 3-3 Cấu trúc đối xứng đa diện icosahedron cơ bản của virus (T=1, số tiểu phần = 60) 3.6.2 Số T Để biểu diễn số lƣợng và cách sắp xếp của các tiểu phần protein, ngƣời ta sử dụng số T dựa theo lý thuyết ―gần đồng đều – quasi-equivalence‖ do Caspar và Klug đề xuất năm 1962. Lý thuyết cho rằng khi số tiểu phần = 60 thì các tiểu phần sẽ sắp xếp và chiếm các vị trí đồng đều (dạng cơ bản). Tuy nhiên, khi số tiểu phần >60 thì các tiểu phần sẽ xắp xếp và chiếm các vị trí gần đồng đều. Số T là số tam giác phụ trên tam giác chính của hình icosahedron (Hình 3.4). Hình 3-4. Hai hình tam giác đều với số số tam giác phụ T = 4 (trái) và T = 9 (phải) 33
35. Số T đƣợc tính theo cơng thức T = h2 + hk + k2 (h và k là các số nguyên khơng âm và khơng cĩ nhân tử chung). Để hiểu T, h và k, chúng ta lập một mạng lƣới các hình lục giác (cũng là mạng lƣới các hình tam giác đều). Tại một điểm tùy ý (điểm gốc) tại tâm của 1 hình lục giác hoặc đỉnh của 1 tam giác đều, ta vẽ 2 đƣờng h, k theo 2 cạnh liền kề của hình tam giác (và do đĩ tạo thành gĩc 60o). Trên mỗi cạch, ta chia thành các khoảng đều với độ dài bằng cạnh của hình tam giác đều (và bằng khoảng cách giữa tâm của 2 hình lục giác liền kề). Nhƣ vậy vị trí của mỗi hình lục giác cĩ thể đƣợc biểu diễn dƣới dạng 1 tọa độ tƣơng ứng với 2 trục h và k. Để tạo một hình đa diện icosahedron, tại hình lục giác gốc, ta cắt bỏ một hình tam giác và nối 2 cạnh với nhau để đƣợc một đỉnh cĩ 5 mặt tƣơng ứng 1 pentamer. Đỉnh liền kề với đỉnh gốc đƣợc lấy từ 1 hình lục giác cĩ vị trí tƣơng ứng với 1 giá trị h, k xác định. Đƣơng nhiên, hình lục giác này cũng sẽ đƣợc loại bỏ 1 hình tam giác giống nhƣ ở hình lục giác gốc (Hình 3.5). Hình 3-5 Minh họa cách vẽ các trục h, k và tọa độ các hình lục giác, cách tạo hình icosahedron tƣơng ứng với 1 T xác định và cách xắp xếp các tiểu phần protein trên 1 mặt của các virus với 4 mức T khác nhau 34
36. Vì h, k cĩ thể nhận giá trị 0 hoặc nguyên dƣơng (nhƣng khơng cĩ nhân tử chung) nên T sẽ chỉ nhận các giá trị nhƣ 1, 3, 4, 7, 9, 12, 13 Đối với các virus icosahedral, ngƣời ta giả thiết cĩ 12 pentamer (ở đỉnh) và các hexamer với số lƣợng thay đổi tùy theo T. Số lƣợng và loại các đơn vị hình thái này đƣợc tính theo cơng thức sau: M = [(60T – 60)/] hexamer + 60/5 pentamer = 10 (T-1) hexamer + 12 pentamer Ví dụ hình 3-6 ở dƣới cho thấy 2 phân tử virus với T khác nhau sẽ cĩ cĩ các đơn vị hình thái khác nhau. Virus với T = 1 (hình trái ) => cĩ 12 pentamer (tổng = 60 tiểu phần protein); với T = 4 (hình phải) => cĩ 30 hexamer + 12 pentamer (tổng = 240 tiểu phần protein). Hình 3-6 Minh họa virus với T khác nhau sẽ cĩ các đơn vị hình thái (capsomer) khác nhau 3.6.3 Ví dụ virus với T khác nhau Ví dụ 1. Banana bunchy top virus (BBTV), T = 1. Virus cĩ bộ gen phân đoạn, ít nhất sáu phân tử DNA dạng vịng, sợi đơn. Mỗi phân tử DNA genome đƣợc lắp ráp trong 1 virion. Virion cĩ T=1, 12 pentamer, với số lƣợng tiểu phần = 60. Hình 3-7 Hình thái Banana bunchy top virus (BBTV) Ví dụ 2: Tomato bushy stunt virus (TBSV) với T = 3. Mỗi phân tử virus chỉ cĩ một phân tử RNA (~ 4.8 kb). Về cấu trúc, virus cĩ T = 3, 20 hexamer, 12 pentamer, với số lƣợng tiểu phần =180 (387 aa; 41 kD). Hình 3-8 Hình thái Tomato bushy stunt virus (TBSV) 35
37. 3.7 CÁC PHÂN TỬ VỚI KHỐI ĐA DIỆN ĐỐI XỨNG DÀI Một số phân tử virus chẳng hạn nhƣ các virus thuộc nhĩm badnavirus (ví dụ RTBV), một số thực khuẩn thể lại cĩ cấu trúc dạng đa diện đối xứng kéo dài. Trong cấu trúc này, 2 nửa đầu và đáy của khối đa diện đƣợc giữ nguyên nhƣng phần thân lại kéo dài (hình 3.9). Đối với các cấu trúc kéo dài, ngƣời ta sử dụng số Q cùng với số T để xác định số tiểu phần (N) theo cơng thức: N = 30 (T + Q), trong đĩ Q cĩ thể là bất kỳ số nguyên >0. Nếu Q = T => phân tử virus hồn tồn đối xứng kiểu isohedron Nếu Q > T => phân tử virus dạng khối đối xứng dài Nếu Q phân tử virus dạng khối đối xứng bẹt. Tuy nhiên trƣờng hợp này hiếm. Hình 3-9 Cách cấu tạo của khối đa diện đối xứng kéo dài (hình trên) và cấu trúc phân tử với T=13 nhƣng cĩ các Q khác nhau (hình dƣới) 3.8 CẤU TRÚC ĐỐI XỨNG XOẮN Cấu trúc đối xứng xoắn là cấu trúc của các virus cĩ dạng hình gậy hoặc hình sợi (phần đuơi của nhiều thực khuẩn thể cũng cĩ cấu trúc tƣơng tự). Trong cấu trúc đối xứng xoắn, các tiểu phần protein xắp xếp theo đƣờng xoắn xung quanh 1 trục. Nhìn chung, cấu trúc này giúp phân tử virus cĩ năng lƣợng tự do phù hợp dẫn tới phân tử cĩ thể mềm dẻo chẳng hạn ở dạng sợi mềm hoặc gấp lại nhƣng khơng bị đứt gẫy. Một virus điển hình đƣợc nghiên cứu đầy đủ nhất về cấu trúc đối xứng xoắn là TMV. Một phân tử TMV chỉ chứa một phân tử RNA (~ 6.4 kb) đƣợc bao bọc bởi một lớp vỏ gồm 2123 tiểu phần protein (mỗi tiểu phần là một phân tử protein cĩ kích thƣớc 158 amino acid (17.3 kD). Các tiểu phần protein lắp ráp với RNA virus theo cấu trúc xoắn (Hình 3.10) với chi tiết nhƣ sau: 1. Ba nucleotide trên phân tử RNA liên kết với 1 tiểu phần protein. 2. Một đơn vị lặp hồn hảo gồm 49 tiểu phần / 3 vịng xoắn và tạo ra độ dài 6.9 nm (tổng độ dài phân tử ~ 300 nm). 3. Đƣờng kính phân tử là 18 nm cịn đƣờng kính lõi rỗng là 4 nm. Cần chú ý là TMV cĩ thể tự lắp ráp thành phân tử hồn chỉnh từ 1 hỗn hợp các tiểu phần protein + acid nucleic trong ống nghiệm. 36
38. Hình 3-10 Cấu trúc đối xứng xoắn của TMV 3.9 CẤU TRƯC KHƠNG ĐỐI XỨNG (PHỨC TẠP) Cấu trúc khơng đối xứng lại gồm 2 nhĩm phụ là (i) dạng nịng nọc và (ii) dạng cĩ cấu trúc giống tế bào. Dạng cấu trúc phức tạp này khơng cĩ ở virus thực vật. Dạng nịng nọc. Dạng này chỉ gồm các thực khuẩn thể cĩ đuơi (ví dụ T4, T7, lamda). Thực chất, phần đầu của thực khuẩn thể cĩ cấu tạo khối đối xứng nhƣng phần đuơi lại là cấu trúc đối xứng xoắn. Ngồi ra chúng cịn cĩ đĩa bám ở cuối đuơi và lơng bám (Hình 3.11). Hình 3-11 Cấu trúc dạng nịng nọc của thực khuẩn thể T4 (Viralzone, 2009) Dạng cấu trúc giống tế bào. Một số virus cĩ kích thƣớc rất lớn nhƣ virus đậu mùa (poxvirus). Virus cĩ kích thƣớc ~200 – 400 nm và cấu trúc rất phức tạp giống nhƣ tế bào. Virion của chúng chứa tới ~100 protein khác nhau, cĩ nhiều lớp màng (Hình 3.12). 37
39. Hình 3-12 Cấu trúc phức tạp của virus đậu mùa 3.10 THÀNH PHẦN CẤU TẠO CỦA PHÂN TỬ VIRUS 3.10.1 Acid nucleic Bộ gen cĩ trong phân tử virus gồm DNA hoặc RNA, nhƣng nhƣng khơng bao giờ cĩ cả 2 loại. Đa số virus thực vật (khoảng 80%) cĩ bộ gen RNA. Bộ gen của virus cĩ các đặc điểm sau: Sợi đơn hoặc sợi kép Mạch thẳng hoặc mạch vịng Cực âm hoặc cực dƣơng hoặc lƣỡng cực Phân đoạn hoặc khơng phân đoạn. Cần chú ý rằng tùy loại virus mà các phân đoạn đƣợc lắp trong cùng một virion hay lắp ráp riêng biệt. Phần lớn các virus thực vật cĩ bộ gen RNA sợi đơn, cực dƣơng 3.10.2 Protein Protein của virus nhìn chung đƣợc chia làm 2 loại: Protein cấu trúc (cĩ mặt trong phân tử virus) và protein phi cấu trúc (hình thành trong tế bào ký chủ trong quá trình gây bệnh). Các protein cấu trúc chính của virus gồm các loại sau: Protein vỏ (coat protein, CP): Cĩ thể gồm 1 hay nhiều loại Enzymes: Đối với các virus RNA thực vật, enzyme chủ yếu cĩ mặt trên phân tử virus là enzyme sao mã RNA (RdRp). Đối với các virus động vật, cịn cĩ thêm các enzyme cần cho quá trình xâm nhập và nhận biết ký chủ (ví dụ neuramidase của virus cúm gia cầm). Đối với thực khuẩn thể, virion của chúng cịn cĩ lysozim để giúp xâm nhập tế bào vi khuẩn. Glycoproteins: Đây là các protein liên kết đƣờng, dạng protein xuyên màng, cĩ vai trị quan trọng đối với virus động vật và virus thực vật truyền qua vector theo kiểu bền vững tái sinh. 38
40. 3.10.3 Lipid Đối với các virus cĩ vỏ bọc (một số virus thực vật, chẳng hạn các virus truyền qua vector theo kiểu bền vững tái sinh và nhiều virus động vật) thì vỏ bọc của chúng đƣợc cấu tạo bởi lớp màng kép phospholipid do lớp màng này cĩ nguồn gốc từ màng tế bào hoặc màng cơ quan tử của tế bào ký chủ. 3.10.4 So sánh cấu trúc các nhĩm virus Bảng 3-1. So sánh một số đặc điểm hình thái – cấu trúc của các nhĩm virus Đặc điểm Thực vật Động vật Vi khuẩn Nấm Protozoa Kích thƣớc bộ gen RNA (kb) 0.3-28 5 – 30 5 – 8 2.5 – 28 5 – 10 Kích thƣớc bộ gen DNA (kb) 3 – 10 3 – 350 10 - 200 Khơng 180 – 1200 Số virus cĩ vỏ bọc Ít Nhiều Ít Ít Tất cả Mức độ phức tạp của bộ gen Ít Thay đổi Thay đổi Ít Thay đổi Mức độ phức tạp về hình thái Ít Thay đổi Thay đổi Ít Thay đổi Số virus cĩ bộ gen phân mảnh Nhiều Một số Ít Một số Khơng 3.11 CÂU HỎI ƠN TẬP CHƢƠNG 3 1. Các thuật ngữ hình thái. 2. Các hình dạng của virus thực vật, ví dụ 3. Phân biệt virus trần và virus cĩ vỏ bọc (đặc điểm, ví dụ) 4. Cấu trúc khối đa diện đối xứng (đặc điểm, ví dụ) 5. Ý nghĩa số T, ví dụ virus cĩ T=1, T=3. 6. Cấu trúc đối xứng xoắn (đặc điểm, ví dụ). 7. Đặc điểm bộ gien (loại acid nucleic; loại sợi: sợi đơn, sợi kép, dạng thẳng, dạng vịng; loại cực: cực dƣơng, cực âm, lƣỡng cực; cĩ phân mảnh hay khơng phân mảnh, đƣợc lắp ráp riêng rẽ hay cùng đƣợc lắp ráp trong virion; ví dụ mỗi loại). 8. Phân biệt protein cấu trúc và phi cấu trúc; các dạng protein cấu trúc chính. Đặc điểm lipid của virus cĩ vỏ bọc. Các nhĩm virus nào thƣờng cĩ protein cấu trúc và nhĩm nào khơng cĩ, lấy ví dụ. 3.12 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 1. Ariska, F. (2008). Virus Capsid Model. Tokyo Institute of Technology. 2. Hull, R. (2002). Matthews's Plant Virology. Fourth edition: Academic Press. 3. Zlotnick (2005). Theoretical aspects of virus capsid assembly. Journal of Molecular Recognition.18 (6): 479-490 4. 5. Viralzone ( 39
41. Chƣơng 4. TÁI SINH VIRUS (REPLICATION) 4.1 TĨM TẮT NỘI DUNG Chƣơng này trình bày quá trình tái sinh của tát cả các nhĩm virus. Quá trình tái sinh (sinh sản) của virus gắn liền với tế bào ký chủ và phụ thuộc hồn tồn vào bộ máy dịch mã của tế bào. 4.2 KHÁI NIỆM Sự tái sinh (replication) hay sinh sản là sự hình thành phân tử virus mới từ phân tử virus ban đầu. Sau khi xâm nhập vào tế bào ký chủ, sự tái sinh virus trải qua 4 giai đoạn chính: 1. Tháo vỏ để giải phĩng bộ gen virus 2. Tổng hợp protein virus 3. Tổng hợp bộ gen virus mới 4. Lắp ráp phân tử virus 4.3 ĐẶC ĐIỂM TÁI SINH VIRUS Sự tái sinh virus, mặc dù khác nhau tùy nhĩm, nhƣng đều cĩ đặc điểm chung sau: 1. Virus sử dụng vật liệu của tế bào ký chủ (amino acid, nucleotide) để tổng hợp protein và acid nucleic của chính virus. 2. Virus sử dụng năng lƣợng của tế bào ký chủ (chủ yếu dƣới dạng các hợp chất cao năng nhƣ ATP) để tổng hợp protein và acid nucleic của chính virus. 3. Virus sử dụng bộ máy tổng hợp protein của tế bào ký chủ (ribosome, tRNA và các enzyme liên quan) để tổng hợp protein của virus. Quá trình tổng hợp sẽ dựa trên khuơn mRNA của virus. Trong nhiều trƣờng hợp (đối với các virus RNA cực dƣơng) thì bản thân bộ gen virus đĩng vai trị nhƣ mRNA. Tất cả virus thực vật sử dụng ribosome 80S của tế bào ký chủ. 4. Hầu hết các virus thực vật tổng hợp 1 hoặc 1 số enzyme cần thiết cho quá trình tổng hợp bộ gen virus. Ví dụ: Tất cả các virus RNA mã hĩa RdRp (RNA-dependent RNA polymerase). RdRp là một enzyme polymer hĩa và cĩ chức năng tổng hợp RNA trên khuơn RNA. Các geminivirus (cĩ bộ gen DNA sợi vịng đơn) mã hĩa Rep (replication) protein. Rep khơng phải là một enzyme cĩ chức năng polyme hĩa nhƣng cĩ chức năng cắt và nối các phân tử DNA virus trong quá trình tổng hợp sợi DNA virus. Tĩm lại, sự tái sinh virus phụ thuộc hồn tồn vào bộ máy tổng hợp protein và acid nucleic của tế bào ký chủ. Sở dĩ nhƣ vậy là do virus nĩi chung và virus thực vật nĩi riêng chỉ mã hĩa một số ít gen; ví dụ các begomovirus chỉ mã hĩa 5 – 8 gen, các potyvirus chỉ mã hĩa 10 gen. 4.4 TÁI SINH CỦA CÁC VIRUS CĨ BỘ GEN RNA SỢI (+) Phần lớn virus thực vật cĩ bộ gen RNA sợi dƣơng (xem phần phân loại). Các bƣớc chủ chốt của sự tái sinh của tất cả các virus thuộc nhĩm này (hình 4.2) bao gốm: 40
42. 4.4.1 Tổng hợp protein virus. Bộ gen RNA sợi (+) đĩng vai trị nhƣ là mRNA. Vì virus khơng cĩ các gen mã hĩa các yếu tố cần cho quá trình dịch mã và ribosome, chúng phải sử dụng bộ máy dịch mã của ký chủ để hồn thành bƣớc này. Trong số các protein virus đƣợc tổng hợp, một số cĩ vai trị quan trọng trong quá trình tái sinh bao gồm: RNA-dependent RNA polymerase (RdRp). RdRp xúc tác sự tổng hợp sợi RNA mới trên khuơn RNA. Helicase. Enzyme này cĩ chức năng tháo xoắn (tách sợi RNA kép thành sợi RNA đơn) trong quá trình tái sinh bằng cách phá vỡ liên kết hydro. Tháo xoắn là quá trình cần năng lƣợng nên các helicase cũng cĩ chức năng thủy phân adenosine triphosphate (ATP). Methyl transferase (MT). Enzym này cĩ chức năng tạo mũ cho đầu 5‘ của bộ gene RNA của một số virus giống nhƣ ở mRNA của ký chủ. Chỉ các virus yêu cầu một mũ Cap đầu 5‘ (m7G5‘) nhƣ furovirus và pecluvirus mới cần chức này. 4.4.2 Hình thành phức hợp tái sinh VRC (viral replication complex) Phức hợp tái sinh bao gồm RNA virus, các protein virus hình thành ở bƣớc 1 và các protein ký chủ cần thiết cho quá trình tái sinh. Vì RNA virus đĩng vai trị nhƣ mRNA cho quá trình dịch mã và là khuơn cho quá trình tái sinh nên cả 2 quá trình này thƣờng liên quan chặt chẽ với nhau. Do vậy, cần phải cĩ một cơ chế điều hịa để cho phép chuyển từ chế độ dịch mã sang chế độ tái sinh và để tránh sự xung đột của các ribosome, di chuyển từ đầu 5‘ sang đầu 3‘, và RdRp, di chuyển theo chiều ngƣợc lại. Phức hợp tái sinh luơn liên quan tới các cấu trúc màng của tế bào ký chủ bao gồm: màng lƣới nội chất, màng ngồi lục lạp, màng khơng bào, màng proxisome, màng ty thể và màng nhân. Các màng này biến đổi, hình thành các cấu trúc dạng cầu rỗng, bên trong chứa phức hợp tái sinh. Sự gắn kết giữa phức hợp tái sinh và màng đƣợc thực hiện nhờ một hoặc nhiều protein cĩ nguồn gốc virus hoặc ký chủ, đƣợc gọi là các protein mỏ neo. Các protein mỏ neo thƣờng tổng hợp vào màng, cĩ khả năng biến đổi màng và liên kết với phức hợp tái sinh thơng qua các protein cần cho sự tái sinh nhờ tƣơng tác protein – protein. Loại màng cấu tử tế bào tham gia lắp ráp phức hợp tái tái sinh khác nhau tùy virus, chẳng hạn đối với TMV là màng lƣới nội chất, đối với CMV là màng khơng bào 4.4.3 Tái sinh bộ gen virus Đầu tiên, RNA (+) tức sợi virus sẽ đƣợc dùng làm khuơn để tổng hợp sợi (-). Sự tổng hợp sợi (-) đƣợc bắt đầu từ đầu 3‘ của sợi (+). Các virus RNA cĩ cấu trúc rất đa dạng về đầu 3‘ gồm 3 loại: Chứa 1 vùng khơng dịch mã 3‘UTR + 1 đuơi polyA (ví dụ các potyvirus, potexvirus) Chứa 1 vùng khơng dịch mã 3‘UTR cĩ cấu trúc giống tRNA (ví dụ tymovirus, cucumovirus, tobamovirus) Chứa 1 vùng khơng dịch mã 3‘UTR + 1 đuơi polyA (ví dụ closterovirus, luteovirus) Tất cả các vùng khơng dịch mã 3‘UTR đều cĩ cấu trúc thứ cấp và các dấu hiệu cho phép RdRp và các protein cần thiết tiếp cận để tổng hợp sợi (-). Trên khuơn sợi (-), quá trình tái bản sợi (+) tức bộ gen virus bắt đầu đƣợc thực hiện. Cần chú ý rằng một khuơn sợi (-) đƣợc sử dụng để tổng hợp nhiều sợi (+). 41
43. Quá trình tái bản sẽ hình thành 2 loại phân tử RNA: Loại tái bản RF (replicative form): là 1 phân tử RNA sợi kép hồn hảo hình thành khi tổng hợp sợi (-) trên khuơn sợi (+). Loại trung gian tái bản RI (replicative intermediate): là các phân tử RNA sợi kép trung gian hình thành trong quá trình tái bản sợi (+). Ở dạng RI, nhiều phân tử RNA sợi (+) sẽ gắn trên 1 phân tử RNA sợi (-). Hiện cĩ 2 giả thuyết giải thích cơ chế tái bản sợi (+) của virus thực vật: Cơ chế bán bảo thủ. Trên khuơn sợi (-), các phân tử RNA sợi (+) đƣợc tổng hợp sau sẽ thay thế dần sợi RNA (+) đƣợc tổng hợp trƣớc đĩ (hình b phía dƣới). Cơ chế bảo thủ. Trên phân tử RF sợi kép, quá trình tháo xoắn chỉ diễn ra ngắn ngủi tại vị trí kéo dài đầu 3‘ của các sợi (+) mới đang đƣợc tổng hơp (hình 4.1 c). Hình 4-1 Sơ đồ giải thích cơ chế tái bản sợi (+) trên khuơn sợi (-). (b) và (c) là cơ chế tổng hợp của virus thực vật TMV, cịn (a) là dạng trung gian RI của thực khuẩn thể Qβ (Buck et al., 1999) 4.4.4 Lắp ráp thành phân tử virion mới Khi cĩ đủ RNA sợi (+) và protein cấu trúc, chủ yếu là CP, các phân tử này tiến hành lắp ráp tạo viron mới. Quá trình lắp ráp này cũng đƣợc thực hiện trong phức hợp tái sinh. 42
44. Hình 4-2 Sơ đồ tái sinh virus RNA sợi đơn, cực dƣơng 43
45. 4.5 TÁI SINH CỦA CÁC VIRUS CĨ BỘ GEN RNA SỢI (-) Điểm khác biệt cơ bản là sợi RNA genome của virus khơng đƣợc sử dụng để dịch mã. Về cơ bản quá trình tái sinh của virus RNA sợi đơn cực (-) khá giống với các virus RNA sợi đơn cực (+). Tuy nhiên cĩ một số điểm khác biệt về trình tự, tĩm tắt nhƣ sau: 1. Xâm nhập => tháo vỏ để giải phĩng bộ gen virus sợi (-). 2. Sợi (-) đƣợc dùng làm khuơn để ―phiên mã‖ thành các mRNA của các gen virus và tiếp theo tổng hợp các protein virus. 3. Sợi (-) đƣợc dùng làm khuơn để tổng hợp sợi (+) cĩ kích thƣớc bằng sợi (-). Sợi (+) này sẽ giữ vai trị làm khuơn để tổng hợp (-) sợi virus. Trên khuơn sợi (-) mới, các mRNA lại tiếp tục đƣợc tổng hợp để tạo protein virus 4. Lắp ráp virion mới. Cần chú ý 2 điểm khác biệt liên quan đến tái sinh các virus RNA sợi (-) Mặc dù đƣợc ký hiệu là sợi (+) nhƣng sợi này khơng đƣợc sử dung trực tiếp để dịch mã Đối với tất cả các virus RNA sợi âm thì trong thành phần virion của chúng bao giờ cũng cĩ RdRp để đảm bảo khi xâm nhập vào tế bào ký chủ, bộ gen phải đƣợc ―phiên mã‖ ngay sang mRNA. Hình 4-3 Sơ đồ tái sinh của rhabdovirus Một số các họ virus quan trọng cĩ bộ gen RNA sợi đơn, cực âm bao gồm: a) Họ Rhabdoviridae. Đây là một họ lớn. Các rhabdovirus phần lớn gây hại động vật (ví dụ Rabies virus, gây bệnh dại). Các rhabdovirus hại thực vật chỉ thuộc 2 chi là Nucleorhabdovirus (ví dụ Rice yellow stunt virus (RYSV) gây bệnh vàng lụi lúa) và Cytorhabdovirus. Ngoại trừ các 44
46. cytorhabdovirus tái sinh trong tế bào chất thì tất cả các rhabdovirus khác đều tái sinh trong nhân tế bào ký chủ. b) Họ Bunyaviridae (ví dụ Hantanavirus gây bệnh sốt, TSWV gây bệnh đốm héo cà chua). c) Ngồi ra, một số các virus thuộc chi Tenuivirus (ví dụ RGSV gây bệnh vàng lùn lúa). Hình 4-4 Quá trình tái sinh của các rhabdovirus hại thực vật (cytorhabdovirus và nucleorhabdovirus) (Hull, 2002) 4.6 TÁI SINH CỦA VIRUS RNA SỢI KÉP Trong số 9 họ virus cĩ bộ gen dsRNA (Birnaviridae, Cystoviridae, Chrysoviridae, Endornaviridae, Hypoviridae, Partitiviridae, Picobirnaviridae, Reoviridae, Totiviridae) thì họ Reoviridae là họ đƣợc nghiên cứu nhiều nhất. Reoviridae là một họ lớn, đa đạng, gồm các virus gây hại cả động vật và thực vật. Tất cả các virus hại thực vật đều truyền qua vector rầy và lan truyền theo kiểu bền vững tái sinh. Các reovirus cĩ bộ gen phân đoạn gồm trên dƣới 10 phân tử dsRNA sợi kép đều đƣợc lắp ráp trong 1 phân tử virus hình khối đa diện với 2 lớp vỏ. Phân tử virus bị loại bỏ lớp vỏ ngồi đƣợc gọi là ―lõi virus, core‖. Quá trình tái sinh của reovirus diễn ra trong tế bào chất và cĩ thể đƣợc tĩm tắt nhƣ sau: 1. Virus xâm nhập tế bào ký chủ, loại bỏ lớp vỏ ngồi (do protease của tế bào ký chủ) để tạo thành phân tử ―lõi‖ virus. RdRp của virus (là một protein cấu trúc cĩ mặt trong phần lõi) thực hiện phiên mã trên khuơn RNA sợi (-) để tạo thành các phân tử mRNA, đây là các phân tử mRNA monocistronic của virus đƣợc mũ hĩa nhƣng khơng tạo đuơi poly A. Các phân tử mRNA này thốt khỏi lõi vào tế bào chất. 45
47. 2. Trong tế bào chất, các protein virus đƣợc dịch mã trên khuơn mRNA của virus. 3. Lắp ráp các các mRNA tức là các phân tử RNA sợi (+) của virus và các protein virus tạo thành phân tử virus ―lõi‖ mới. 4. Trong phân tử ―lõi‖ mới, sợi RNA (+) của virus đƣợc phiên mã thành phân tử RNA sợi (-) để tạo thành phân tử RNA sợi kép. 5. Trong phân tử ―lõi‖ mới, quá trình phiên mã mới trên khuơn sợi RNA (-) lại tiếp tục để tạo các phân tử tạo mRNA (sợi +) mới. 6. Các phân tử ―lõi‖ tiếp tục lắp ráp với các protein cấu trúc khác để tạo phân tử virion hồn chỉnh Nhƣ vậy cĩ thể thấy 2 điểm khác biệt của quá trình tái sinh phân tử virus RNA sợi kép: Quá trình tạo mRNA khơng phải bên ngồi tế bào chất mà đƣợc thực hiện trong phân tử ―lõi‖ của virus. Khi bắt đầu lắp ráp, virus khơng phải lắp ráp các phân tử RNA sợi kép mà là các phân tử RNA sợi đơn cực (-). Trong quá trình ―chín‖, các phân tử RNA sợi kép mới tiếp tục đƣợc hồn thiện. Hình 4-5 Sơ đồ tái sinh virus RNA sợi kép 46
48. 4.7 TÁI SINH CỦA VIRUS RNA QUA PHIÊN MÃ NGƢỢC (RETROVIRUS) 4.7.1 Các khái niệm Transposons: là các chuỗi DNA trong bộ gen cĩ thể tự di chuyển (transpose) từ vị trí này sang vị trí khác trên bộ gen. Transposons là một trong nhiều loại yếu tố di động của bộ gen. Ngƣời phát hiện ra trasposons đầu tiên là Barbara McClintock (giải Noben năm 1948 cho cơng trình phát hiện transposon trên cây ngơ). Tranposons đƣợc chia thành 2 nhĩm: DNA transposons: quá trình thay đổi vị trí đƣợc thực hiện thao hình thức ―cut/pate‖. Retrotransposons: quá trình thay đổi vị trí theohình thức ―copy/pate‖ và đƣợc thực hiện qua 2 giai đoạn: (i) DNA phiên mã thành RNA => (ii) phiên mã ngƣợc lại thành DNA. Các phiên bản copy DNA mới này đƣợc chèn vào các vị trí khác trên bộ gen. Retrovirus: là các virus RNA cĩ đặc điểm tái sinh bộ gen thơng qua phiên mã ngƣợc nhờ enzyme phiên mã ngƣợc Reverse transcriptase. Đối với các retrovirus, luơn cĩ pha tổng hợp bộ gen virus vào bộ gen ký chủ. Các retrovirus động vật, ví dụ nhƣ các virus thuộc chi Lentivirus, họ Retrovirus nhƣ Human immunodeficien virus (HIV) cĩ bộ gen RNA sợi đơn, cực +, kích thƣớc khoảng 8-9 kb, đƣợc bao quanh bởi 2 chuỗi LTR 0,2-1 Kb, cĩ các gen nhƣ gag, pol, env. Ngồi ra các lentivirus cũng chứa nhiều gen bổ trợ. Các retrovirus thực vật (ví dụ các virus thuộc chi Sirevirus, họ Pseudoviridae nhƣ Glycine max SIRE1 virus (GmaSIREV) cũng cĩ đặc điểm giống các retrovirus động vật nhƣ: cĩ bộ gen RNA sợi đơn, cực +, kích thƣớc 9-10 kb, đƣợc bao quanh bởi 2 chuỗi lặp dài khoảng 0.5 - 1.2 kb ở đầu (LTR, Long Terminal Repeats), cĩ 3 ORF mã hĩa cho gen gag, pol và env. Các sirevirus phát hiện thấy ở nhiều lồi cây 1 lá mầm và 2 lá mầm. Một số điểm chú ý về retrovirus thực vật: (i) cơ chế gây bệnh vẫn chƣa đƣợc hiểu rõ; (ii) chúng đƣợc xem là các endovirus, cĩ nghĩa bộ gen của chúng đƣợc tổng hợp trong bộ gen của cây ký chủ và đƣợc lan truyền theo chiều dọc cùng với bộ gen của cây ký chủ qua các thế hệ sau; (ii) virion chỉ hình thành trong quá trình tái sinh virus (phần lớn vẫn chƣa đƣợc nghiên cứu). Hình 4-6 Tổ chức bộ gen của 1 retrovirus động vật (HIV) và của 1 retrovirus thực vật (GmaSIREV) LTR (Long Terminal Repeats) là các chuỗi đĩng vai trị quan trọng trong quá trình dịch chuyển vị trí của các retrovirus (và các yếu tố di động retroelements khác). Điển hình, một chuỗi LTR thƣờng gồm gồm 3 phần: 47
49. Một vùng U3 khoảng 200-1.200 nucleotide chứa promoter. Một vùng lặp R. Một vùng U5 khoảng 75-250 nucleotides chứa phần đầu tiên của bộ gen. Ngồi ra, liền kề phía hạ lƣu chuỗi LRT đầu 5‘ cĩ một chuỗi PBS (Primer Binding Site) khoảng 18 nucleotide là vị trí gắn mồi tRNA trong quá trình phiên mã ngƣợc; và liền kề phía thƣợng lƣu chuỗi LRT đầu 3‘ cĩ một chuỗi nhỏ ~10 A/G gọi là PPT (Polypurine Tract) là vị trí bắt đầu tổng hợp sợi DNA (-). Các retrovirus cĩ một số các ORF mã hĩa cho các protein đặc trƣng sau: Gen gag mã hĩa một polyprotein và tiếp theo đƣợc xử lý thành một số protein cấu trúc của virus Gen pol mã hĩa một polyprotein và đƣợc xử lý sau dịch mã thành các protein chức năng là PR (protease) chịu trách nhiệm phân cắt các protein khỏi polyprotein; RT (Reverse Transcriptase) là enzyme phiên mã ngƣợc, RH (RNAse H) phân hủy nửa RNA trên từ heteroduplex RNA:DNA, INT (Intergrase) tổng hợp bộ gen DNA virus vào bộ gen ký chủ. Gen env (envelope): tất cả các retrovirus động vật và một số retrovirus thực vật cĩ gen này. Gen này mã hĩa cho các protein liên quan đến vỏ bọc của virus và do đĩ đặc biệt quan trọng đối với các virus động vật. Đối với các retrovirus động vật cịn cĩ các ORF phụ mã hĩa cho các protein điều hịa phiên mã nhƣ tat, rev, vif và nef. 4.7.2 Quá trình tái sinh của retrovirus Bộ gen của các retrovirus đƣợc xem là cực (+) nhƣng khơng đƣợc dịch mã trực tiếp ngay. Trong tế bào, bộ gen RNA của virus đƣợc phiên mã ngƣợc nhờ Reverse transcriptase thành DNA sợi đơn cực (-), tiếp theo, đƣợc đƣợc tổng hợp thành phân tử DNA sợi kép. Phân tử DNA sợi kép của virus này đƣợc tổng hợp vào bộ gen của ký chủ . Bộ gen DNA virus đƣợc phiên mã thành RNA sợi (+). Các phân tử RNA sợi (+) này đƣợc dịch mã giống nhƣ gen ký chủ để tạo ra các protein. Protein virus và các phân tử RNA (sợi +) này đƣợc lắp ráp thành virion. Cần chú ý đối với retrovirus thực vật thì bộ gen DNA virus luơn nằm trong bộ gen ký chủ. Virion chỉ hình thành trong quá trình tái sinh. 48
50. Hình 4-7 Sơ đồ tái sinh của retrovirus động vật Hình 4-8 Tái sinh của retrovirus thực vật 49
51. 4.8 TÁI SINH CỦA VIRUS DNA SỢI VÕNG ĐƠN Đối với virus thực vật, chỉ cĩ các virus thuộc hai họ Geminiviridae và Nanoviridae là cĩ bộ gen DNA sợi vịng đơn. Một số các virus động vật thuộc họ Circoviridae (ví dụ Porcine circoviral virus type 2 (PCV2) gây bệnh cịi cọc lợn sữa), họ Anelloviriade (một nhĩm virus mới phát hiện trên ngƣời) cũng cĩ bộ gen DNA sợi vịng đơn. Các virus này đều tái sinh theo cơ chế vịng lăn (rolling circular mechanism). Cơ chế vịng lăn cĩ thể đƣợc chia làm 2 pha và đƣợc thực hiện trong nhân tế bào ký chủ. Các geminivirus và nanovirus đều mã hĩa một protein gọi là Rep (đối với geminivirus) hoặc Master Rep (đối với nanovirus). Các protein này khơng cĩ chức năng polymerase nhƣng cĩ chức năng cắt và nối phân tử DNA ở một vị trí đặc biệt trên bộ gen virus. Vị trí này là một chuỗi bảo thủ cao (TAATATTAC đối với geminivirus và TA(T/G)TATTAC đối với nanovirus). Vị trí TA (gạch chân) chính là vị trí mà protein Rep/MasterRep cắt và nối phân tử DNA của virus. Chuỗi bảo thủ này nằm trên vùng gọi là ―nguồn gốc tái bản‖ (ori, origin of replication). Ori bao gồm một cấu trúc thân-thịng lọng (Stem-loop), chuỗi bảo thủ ở trên và các trình tự lặp đảo ngắn (khoảng 4-5 nucleotid) gọi là interon cần thiết cho Rep nhận biết và bám vào sợi DNA của virus để bắt đầu tái bản. Quá trình tái sinh của geminivirus và nanovirus (Hình 4.9) diễn ra nhƣ sau: 1. Virus xâm nhập vào tế bào và cởi áo giải phĩng bộ gen DNA virus. 2. Bộ gen đƣợc vận chuyển vào nhân. Trong nhân, quá trình tái sinh sảy ra theo 2 pha: 3. Pha 1 (pha tổng hợp sợi kép). Trong nhân, phân tử DNA sợi vịng đơn (bộ gen cĩ mặt trong phân tử virus) đƣợc tổng hợp thành thành phân tử DNA vịng kép. Quá trình khởi đầu tổng hợp sợi kép vẫn chƣa đƣợc hiểu rõ. Nhƣ vậy sợi kép sẽ gồm một sợi virus và một sợi đối virus. Trên sợi kép này, các gen đƣợc phiên mã (trên cả 2 sợi đối với geminivirus) để tạo các mRNA. Các mRNA đƣợc vận chuyển ra tế bào chất và dịch mã để tạo ra các protein virus, trong đĩ cĩ Rep/Master Rep. Nhƣ vậy, quá trình phiên mã và dịch mã của virus hồn tồn dựa vào bộ máy phiên mã và dịch mã của tế bào ký chủ. Rep/Master Rep lại quay trở lại nhân để tham gia tổng hợp bộ gen virus. 4. Pha 2 (pha vịng lăn). Tiếp theo là pha tái sinh theo cơ chế vịng lăn: Protein Rep/Master Rep sẽ cắt sợi virus tại chuỗi bảo tồn. Nhờ vật liệu cũng nhƣ enzyme DNA polymearase của tế bào, sợi virus đƣợc tổng hợp liên tục trên sợi tƣơng đồng virus. Protein Rep/Master Rep lại tiếp tục cắt sợi virus mới đƣợc tổng hợp tại chuỗi bảo tồn (cũng vừa mới đƣợc tổng hơp) thành một sợi virus hồn chỉnh dƣới dạng sợi đơn mạch thẳng. Protein Rep/Master Rep sau đĩ sẽ nối 2 đầu của mạch thẳng để tạo ra bộ gen virus sợi đơn mạch vịng hồn chỉnh. Bộ gen virus tiếp theo đƣợc vận chuyển ra tế bào chất và lắp ráp với CP để tạo các phân tử virus mới. 50
52. Hình 4-9 Sơ đồ tái sinh của begomovirus 4.9 TÁI SINH CỦA VIRUS DNA SỢI VỊNG KÉP PHIÊN MÃ NGƢỢC (PARARETROVIRUS) Đây là kiểu tái sinh của virus DNA qua trung gian RNA nhờ enzyme phiên mã ngƣợc Reverse Transcriptase. Chỉ cĩ các virus thuộc 2 họ là Caulimoviridae (hại thực vật, ví dụ CaMV, RTBV) và họ Hepadnaviridae (hại động vật, ví dụ Hepatitis B virus gây bênh viêm gan B) cĩ kiểu tái sinh này. Đối với các virus họ Caulimoviridae, bộ gen virus cĩ đặc điểm sau: 1. Chỉ gồm một phân tử DNA genome sợi vịng kép (dsDNA), cĩ kích thƣớc từ ~ 8 kb. 2. DNA genome khơng liên tục: trên một sợi cĩ một điểm rời, cịn trên sợi cịn lại cĩ từ 1 đến 3 điểm rời tùy theo chi. Các điểm rời này là điểm gắn mồi trong quá trình tái sinh virus. 3. Bộ gen virus cĩ từ 1 đến 7 ORF tùy thuộc chi. Các protein cĩ chức năng chung cho tất cả họ là CP, aspatate protease, RT (reverse transcriptase) và RNAse H. Quá trình tái sinh virus cĩ đặc điểm là: (i) qua trung gian RNA; (ii) diễn ra trong cả nhân và tế bào chất. Cĩ thể tĩm tắt qua trình tái sinh virus nhƣ sau: 1. Virus xâm nhập vào tế bào (nhờ vector), cởi áo giải phĩng bộ gen DNA sợi kép. 2. DNA sợi kép (dạng vịng mở) đƣợc vận chuyển vào nhân. 51
53. 3. Trong nhân, các điểm rời đƣợc bịt kín và phân tử trở thành dạng vịng kín. 4. Trong nhân, RNA pol II của ký chủ (DdRp) phiên mã thành 1 phân tử RNA cĩ kích thƣớc > bộ gen virus gọi là RNA 35S (hoặc 34S). Ở một số virus nhƣ CaMV và RTBV, một số phân tử RNA này đƣợc cắt thành RNA nhỏ hơn (ví dụ RNA 19S). 5. RNA 35S (và cả các phân tử RNA nhỏ) đƣợc vận chuyển ra tế bào chất 6. Tại tế bào chất, các ORF đƣơch dịch mã trên khuơn RNA lớn (và RNA nhỏ) thành các protein chức năng (trong đĩ cĩ Reverse transcriptase và RNAse H). 7. Tại tế bào chất, phân tử RNA lớn sẽ đƣợc dùng làm khuơn để tổng hợp DNA sợi (-). RNAse H sẽ loại bỏ phần RNA của phân tử heteroduplex RNA:DNA để giải phĩng phân tử DNA sợi đơn cực (-). Phân tử DNA này sẽ đƣợc dùng làm khuơn để tổng hợp thành phân tử DNA genome sợi vịng kép mở. 8. Tại tế bào chất các phân tử DNA sợi kép lắp ráp với các protein CP để tạo thành virion. Chú ý: Các virus đều thuộc nhĩm pararetrovirus nên cĩ khả năng tổng hợp gen của nĩ vào bộ gen ký chủ. Cơ chế chi tiết của quá trình tổng hợp của các virus chƣa đƣợc hiểu rõ nhƣng nhiều ký chủ của các virus thuộc chi Caulimoviridae cĩ chứa các đoạn DNA giống của virus (ví dụ chuối / banana streak virus; RTBV/lúa). Hình 4-10 Sơ đồ tái sinh của các caulimovirus 52