植物病毒学　课件文档资料.ppt

1、启蒙和经验阶段,公元10世纪1892年，900年历史事实上，有些疾病已经有上千年历史，但当时并不知道由病毒引起文字记载的最早病毒病，中国公元前10世纪描述的一种瘟疫与“天花”相似,启蒙和经验阶段,公元前3世纪传入希腊公元10世纪，宋真宗时代，人工免疫预防痂皮，保存减毒，鼻腔接种18世纪，丝绸之路，中东土耳其等，欧洲1798年（700年后），英国Edward Jenner发现牛痘与人痘的相似性，与病牛接触的挤奶妇女很少得天花，“种牛痘”1884年，法国Pasteur，狂犬病疫苗,启蒙和经验阶段,人类很早就开始接触病毒性疾病但病毒是什么？一直到19世纪末，才开始有一些初步研究和认识,2、机体水平研究阶段,1892年20世纪40年代人类认识病毒过程中，烟草花叶病病毒（Tobacco Mosaic Virus，TMV）起了很大作用,机体水平研究阶段,1886年，德国Adolf Mayer，传毒试验，叶脉注射 受Pasteur细菌学影响，认为细菌引起 1892年，俄国Dmitrii Ivanowski 改进 瓷质微孔滤器，细菌不能通过 提出非细菌观点，细菌毒素,机体水平研究阶段,1898年，荷兰Martinus Beijerinck 验证 细菌学检验，在凝胶中以一定速度扩散 三个特点（1）通过滤器；（2）细胞内繁殖；（3）体外非生命物质中不能生长 正式提出烟草花叶病的病原不是细菌，而是一种比细菌小得多的传染性活体物质（传染性活质）,机体水平研究阶段,传染性活质是：一种侵染因子能繁殖处于分散状态的生命体首次称这种致病因子为“Virus 病毒”由于能通过细菌滤器，称“滤过性病毒”,机体水平研究阶段,Ivanowski 和 Beijerinck开创性工作，揭开了现代病毒学研究序幕 病毒学奠基人 病毒学之父,伊凡诺夫斯基，俄罗斯著名科学家1892年发现烟草花叶病病原的滤过性,贝杰林克（1851-1931）荷兰著名科学家，1898年发现病毒,机体水平研究阶段,病毒概念提出后，迅速发现动物中也有相似的病原因子，广泛存在于自然界 1898年，Loffler和Frosch，牲口的口蹄疫具有可滤过性,机体水平研究阶段特点：,采用敏感动植物，动物胚胎（鸡胚）机体水平研究病毒繁殖、发病机理、免疫反应等病毒概念被提出、确认，病毒学开始形成但尚未形成独立学科，微生物学分支,机体水平研究阶段特点,关于病毒是什么样子？本质是什么？1892年后长达30年，一直是谜1939年，第一批电镜诞生首先观察到的是TMV德国西门子哈尔司克电子公司，40台Ernst Ruska，24岁，柏林科技大学,3、细胞水平研究阶段,20世纪4060年代，20年特点：离体组织培养技术发展，建立了大量适合于病毒生长的细胞株（系），研究模型病毒复制、遗传、与细胞相互作用规律,斯坦利（1904-1971）美国著名化学家，1935年提纯了烟草花叶病毒，1946年获得诺贝尔奖,黄祯祥(1910-1987)中国科学院院士，病毒学家从事医学病毒研究,高尚荫(1909-1989)中国科学院院士，病毒学家从事烟草花叶病毒、流感病毒、昆虫病毒等研究,裘维蕃,曾任金陵大学农学院、福建农学院、清华大学农业研究所讲师。1947年获美国威斯康星大学研究院哲学博士学位。回国后，任清华大学副教授。建国后，历任北京农业大学副教授、教授，中国农学会第三届理事和第四、五届常务理事，中国植物保护学会副理事长，中国植物病理学会第二届副理事长、第三届理事长，国际植物病理学会第四届理事，中国科学院生物学部委员（院士）。中国植物病毒学的奠基人之一。白菜孤丁病的病因在学术界存在许多争议，裘维蕃通过大量试验证明了其病因是病毒，而蚜虫是传播媒介，使多年争论得到了解决。,细胞水平研究阶段,诞生了一批经济、安全的组织培养疫苗脊髓灰质炎疫苗、麻疹、风疹、腮腺炎等病毒学在理论和实际应用上都有了迅速发展逐步形成一门独立学科,4、分子水平研究阶段,60年代至今1953年，Watson，Crick，分子生物学诞生新技术、方法应用特点：相继阐明了DNA、RNA病毒的繁殖机制发现了一类亚病毒,分子水平研究阶段,绝大多数病毒的基因组都被克隆，基因序列得到阐明许多病毒结构与功能的关系、基因表达调控机制得到阐明发现了几十种不同的癌基因,巴尔的摩(1938-)美国著名细胞生物学、免疫学和病毒学家，发现了逆转录酶，获1975年诺贝尔生理学医学奖,鲁斯（1879-1970）美国著名病毒学家，证明动物的癌症由病毒引起，1996年获诺贝尔生理学医学奖,分子水平研究阶段,利用DNA重组技术，诞生了一批基因工程疫苗如乙肝疫苗抗病毒多肽物质，如干扰素（interferon，IFN）1979年，从白细胞分离，800Kg人血提取1mg，1gIFN 1.2亿美元，1万美元/支现每升菌液1mg,三、病毒学研究的若干重大进展,1892年，Ivanowski，发现烟草花叶病病原的滤过性1898年，Beijerinck，提出滤过性病毒概念1908年，Ellerman，Bang，鸡白血病可经无细胞滤液（cell free）感染鸡，进行传布，推测肿瘤与病毒相关,病毒学研究的若干重大进展,1911年，Rous，鸡Rous肉瘤病毒（RSV），使鸡产生肉瘤，证实病毒诱发肿瘤，开拓人们对病毒的认识，1966年，诺贝尔医学奖 1915年，Twort，dHerelle，分解痢疾杆菌、志贺杆菌的因子，细菌病毒，phage，噬菌体,病毒学研究的若干重大进展,1931年，Goodpasture，鸡胚用于病毒培养（目前仍常用）1935年，Stanley，获得TMV结晶，提出病毒具有蛋白质性质，是一种能自我催化的蛋白质，1946年，诺贝尔奖1939年，Kausche，电镜，TMV，杆状病毒（第一次观察到病毒）,病毒学研究的若干重大进展,1941年，Hirst，流感病毒能使红细胞凝集，提出病毒表面具有酶，细胞表面具有受体概念 1949年，Enders，单层培养细胞进行病毒培养、传代，加快病毒学研究步伐，1954年，诺贝尔奖,病毒学研究的若干重大进展,1953年，Salk，单层猴肾培养细胞，脊髓灰质炎灭活疫苗，被载入美国大事记，每年拯救3000万儿童加州 Salk Institute，8个诺贝尔奖获得者猴肾（胰蛋白酶）肾细胞（接种病毒）增殖3天过滤、提纯甲醛灭活疫苗（polio vaccine）,病毒学研究的若干重大进展,1956年，Sabin，polio减毒活疫苗减毒活疫苗特点：经遗传修饰，保持抗原性，降低致病性优点：可以正常感染宿主细胞，在细胞内增殖，但不致病，比灭活疫苗具有更大的免疫刺激作用，用量减少105缺点：潜在毒性恢复的可能性,病毒学研究的若干重大进展,1956年，Fraenkel-Conrat，TMV RNA感染性，蛋白质和RNA体外自我装配（self-assembly），蛋白质与核酸相互作用研究模型 1957年，Isaacs，干扰素（IFN）1962年，Casfer，病毒廿面体结构,病毒学研究的若干重大进展,1967年，Diener，马铃薯纺锤形块茎病，没有蛋白质包裹的RNA（105d），感染性，类病毒（viroid）1970年，Temin、Baltimore，RNA肿瘤病毒中，逆转录酶，遗传信息逆流，基因操作，1975年诺贝尔奖1972年，Nathans、Smith、Arber，E.Coli，限制性核酸内切酶，建立DNA重组技术，1978年诺贝尔奖,病毒学研究的若干重大进展,1972年，Bioshop，Rous肉瘤病毒，分离出src 癌基因（人类分离的第一个癌基因）1977年，Sanger，DNA序列测定法，测定了X174基因组序列，5386bp，1980年诺贝尔化学奖（1955年，蛋白质序列测定法，insulin A、B链，诺贝尔奖）,病毒学研究的若干重大进展,1977年，Chow，腺病毒转录，mRNA splicing，intron，exon，Sharp和Roberts，真核细胞普遍存在，基因不连续，1992年诺贝尔奖 1979年，Taniguchi，人IFN基因工程成功，第9号染色体中克隆，E.Coli表达1980年，WHO，宣布全世界消灭天花,病毒学研究的若干重大进展,1982年，Stanley Prusiner，Science杂志，羊瘙痒病、人Kuru病，朊病毒（prion）引起后来发现，牛海绵状脑病BSE（Bovine Spongiform Encephalopathy）、人克雅氏病CJD，也由该因子引起,病毒学研究的若干重大进展,Kuru病和克雅氏病CJD，50年代末开始流行，巴布亚新几内亚（民族杂居、部落很多国家）其中土族部落发生一种病，当地人称“Kuru”（英文the laughing death）中枢神经系统感染，脑细胞，脑海绵状行走困难，手脚发颤（又称震颤病）不能站立，肌肉抽搐，语言障碍，丧失记忆，痴呆，死亡,库鲁病,病毒学研究的若干重大进展,Gajdusek首次证明Kuru是与羊瘙痒病相似的可传染因子引起与宗教礼仪嗜食死者脑、肌肉习俗有关采取隔离等措施，有效控制，1967年诺贝尔奖,病毒学研究的若干重大进展,Prusiner 1972年开始研究羊瘙痒病、Kuru、CJD病原羊瘙痒病致病因子 感染田鼠 发现脑内出现一种新蛋白质 称朊蛋白（PrP）后发现PrP在正常细胞内也存在，但与病脑中分子构像不同,病毒学研究的若干重大进展,经20多年探索，发现病理机制：PrP（正常构象，正常蛋白质）PrPsc（病理构象，致病蛋白质）PrPsc 病理构象：由原来N-端 helix变成 折叠（锯状蛋白）,病毒学研究的若干重大进展,朊病毒发病原因：（1）传染性，误食病料，羊瘙痒病饲料、疯牛病肉（2）遗传性，朊蛋白（PrP）基因突变1988年，Prusiner分离到一种PrP基因，第750密码子突变（由原来脯氨酸亮氨酸）,病毒学研究的若干重大进展,麻省理工学院：正常PrP与病变PrPsc混合，诱导正常病变1997年，Prusiner诺贝尔奖问题：中心法则？信息如何传递到其它分子？辅助因子？传布机理？,病毒学研究的若干重大进展,1983年，Montagnier（法国巴斯德研究所），从一名男性艾滋病患者，分离到一株AIDS相关病毒，名LAV（淋巴腺病综合症相关病毒）1984年，Callo（美国国立肿瘤研究所），从艾滋病患者分离到AIDS相关病毒，名HTLV-III（嗜人类T淋巴细胞III型病毒）,病毒学研究的若干重大进展,近20年来，AIDS防治、病毒结构、功能、基因组、抗病等大量研究进展,学习病毒学目的,认识、利用、改造、控制机构：中科院武汉病毒所中国预防医学科学院病毒所武汉大学分子与病毒学系等,概述,一、学习病毒学目的、意义 1、专业知识结构的需要 生物科学、生物技术涉及领域：医学、医药、卫生、检疫、环境等 继续生命科学研究,学习病毒学目的、意义,2、学科发展需要微生物学一部分20世纪60年代，独立成病毒学与分子生物学、基因工程等结合，地位突出病毒学成果，丰富分子生物学内容，在基因工程中得到应用分子生物学技术，促进病毒学发展,病毒学与分子生物学、基因工程,基因结构、基因表达调控等许多知识来源于病毒学 intron、exon，split gene（SV40）基因重叠Splicing，Enhancer，Oncogene，RT，phage 生活史调控,学习病毒学目的、意义,3、认识病毒、与病毒病作斗争 急性传染病中，70病毒病 平均200次以上病毒感染 病毒病特点：发病率高、传染性大、治疗难度大、死亡率高、社会影响大、经济损失大,学习病毒学目的、意义,病毒病的几种情况：（1）持续稳定流行 如病毒性肝炎我国年发病率1.76%全国78亿感染过甲肝，67亿乙肝，1.2亿乙肝病毒携带者每年增加病毒性肝炎患者1700万每年因肝病死亡30万人每年经济损失223亿元,病毒有多大?,核仁,真菌菌丝,线虫头部,植原体,细菌,植物病毒,第一个记载的植物病毒病：郁金香碎色病，至今荷兰阿姆斯特丹的Rijks博物馆还保存着一张1619年荷兰画师的一幅得病的郁金香静物画。,病毒(virus)的发现1892年发现第一个病毒即烟草花叶病毒1898年发现动物口蹄疫病毒首先被证实对人类有致病性的是黄热病毒（1901年发现）,认识病毒-19世纪末,电镜下观察与化学分析时期1935年，America stanlay提纯、结晶TMV，获诺贝尔奖金。1940年，Germany Ksusche电镜下看到TMV为杆形。,分子生物学研究期1952年Hershey,chase同位素实验证实DNA是phage遗传物质。1970年Baltimere,Temin单链RNA病毒中发现反转录酶及其 致癌作用。1971年 类病毒1982年 朊病毒 1983年 拟病毒,植物病毒引起的症状外部类型,花叶、斑驳,碎色,环斑,黄化,畸形,坏死,艾滋病病毒（HIV）,刺突,囊膜,冠状病毒,腺病毒,流感病毒,烟草花叶病毒,病毒在植物病理学中的作用?,植物因受到不良条件或有害生物的影响超过它的忍耐限度而不能保持平衡时，植物的局部或整体的生理活动或生长发育就出现异常状态，这种表现异常的植物我们称之为植物病害。,爱尔兰饥馑、孟加拉灾荒的原因及后果如何?,农业是国民经济的基础，古今中外都不乏因缺粮而出现饥荒的教训。历史上最有名的是18451846年的爱尔兰饥馑(Irish famine)，由于爱尔兰岛上居民的主要粮食作物马铃薯发生了严重的疫病而绝产，饿死了几十万人，迫使150万人逃荒而移居到美国。整个西北欧人心惶惶。19421943年印度的孟加拉饥荒(Bengal famine)亦非常严重，在1942年大面积的水稻遭受胡麻斑病的侵害而失收，到1943年有200多万人被饿死。,Tillet，deBary，E F Smith，土居养二，Diener，Milladet，Stanley，Bawden，Mayer，Cobb等人对植物病理学的主要贡献是什么?,1755年梯列特(Tillet)提出用种子处理的方法可控制小麦黑粉病。德巴利(DeBary，1853)是病原学说的创始人，他提出黑粉病和霜霉病是真菌侵染的结果，而不是植物生病以后才有真菌滋生。1845年爱尔兰饥馑发生后，大家对马铃薯为何会死亡不了解，他花了5年时间研究，于1861年证实是由于一种疫病菌侵染所致。他研究了锈病发生规律，提出锈菌有转主寄生的现象。史密斯(Erwin FSmith)，他与德国的费休(Fischer，A)就细菌是否引起病害的争论持续了10年，史密斯以大量事实和实验结果证实了病原细菌的侵染性，他写的三本巨著“细菌和植物病害的关系”等奠定了植物病原细菌学，被美国人尊称为“细菌学之父”，他写的“植物病原细菌导论”是这一领域最早的教科书。,土居养二（Doi，Y）最早从桑萎缩病切片中发现了植原体，当时称作类菌原体（MLO）。迪内(Diener，TO)于1971年通过多种化学方法提纯了一种小分子的核酸(RNA)是引起马铃薯纺锤块茎病的病原物，由于没有蛋白质外壳，他称作“类病毒”(Viroid)。1885年米拉德(Millardet，PMA)正式提出用波尔多液可有效地防治葡萄霜霉病。事实表明，古老的波尔多液可有效防治数百种植物病害，是迄今仍广泛使用的杀菌剂。迈耶(Mayer，A)在1886年报道了烟草花叶病，磨碎的汁液能够传染，但未看到病原物。,斯坦利(Stanley，WM)于1935年用化学的方法提纯得到了烟草花叶病毒结晶，并证实具有侵染性，他因此获得了1946年的诺贝尔化学奖。鲍登(Bawden，FC.1936)证明烟草花叶病毒真正具有侵染力的是核酸而不是蛋白质。1907年Cobb在美国农业部内建立第一个线虫学研究机构，对植物线虫的研究做出了巨大贡献。,第一章 植物病毒,病毒（virus）是一组（一种或一种以上）DNA或RNA核酸分子，包围在蛋白或脂蛋白外壳内，在合适的寄主细胞借助于寄主蛋白合成体系、物质和能量完成复制，伴随核酸突变发生变异。主要特征：结构简单的（核酸+蛋白或脂蛋白衣壳）；严格专性寄生的（依赖寄主的核酸和蛋白质合成系统）；非细胞生物（分子寄生物）。,第一节 概述,一、病毒的定义,寄生植物的称为植物病毒（plant virus）；寄生动物的称为动物病毒（animal virus）；医学病毒（人类病毒）；真菌病毒；寄生细菌的称为噬菌体（细菌病毒 bacteriophage）。,根据病毒的寄主类型，习惯上将病毒划归为下列几大类群：,二、病毒与人类的关系,有害方面：,有益方面：,引起人类疾病（天花、爱滋病、非典型肺炎、肝炎、流感、小儿麻痺等）。引起畜禽疾病（狂犬病、口蹄疫、猪瘟、牛瘟、鸡瘟、鸭瘟）。引起植物病害。,用作基因工程的载体或元件。有害生物控制（害虫、真菌及杂草生防）。环境保护（利用藻类病毒消除水面藻类污染）。花卉增色（金心黄杨、金边瑞香、杂色郁金香）。,非典型肺炎”元凶冠状病毒,目前已研究和命名的植物病毒达1000多种，其中许多为重要的农作物病原，其所造成的损失仅次于真菌病害。水稻东格鲁病（Rice tungro）在东南亚一些国家是最具有毁灭性的病毒病，上世纪中期仅菲律宾每年因此病所致的稻谷损失即达140万吨；水稻矮缩病（Rice dwarf）于19世纪末在日本一些地区流行，曾因此饿死1万多人；,在我国北方麦区间歇性暴发的小麦黄矮病（Barley yellow dwarf）平均造成30%的产量损失。在油菜上，因病毒病造成的产量损失常年达2030%。甜菜曲顶病（Beet curly top）、香蕉束顶病（Banana bunchy top）等几乎对一些产区造成了毁灭性打击。,三、病毒在生物中的地位,公元10世纪（北宋），人工免疫预防天花（中国）。1798，英国人Edward Jenner发明牛痘疫苗。1576，荷兰人Charles de Lieclase描述郁金香杂色花。“郁金香热”。一株郁金香（球根）：数头牛、猪、绵羊；几顿谷物；上千磅奶酪；一个磨坊。1886年，德国人Mayer证明烟草花叶病（TMV）具有传染性（认为是细菌）。1892年，俄国人Ivanowski发现烟草花叶病病原（TMV）可通过细菌过滤器（认为是微小细菌）。1898年，荷兰人Beijerinck重复上述研究，提出病原不是细菌，而是“可过滤性病毒”。提出“病毒”概念，被称为“病毒学之父”。,四、植物病毒学发展简史,1、病毒的发现,2、病毒本质的认识（病毒理化特性）,1935年，Stanley提纯TMV结晶，获1946年诺贝尔化学奖。1936年，Bawden发现TMV含有95%的蛋白质和5%的RNA。1939年，Kausche获得第一张TMV电镜照片。1944年，Schrodinger发表“What is Life?”小册子。,3、近代分子生物学时期,4、现代分子生物学时期,1956年，Gierer，Fraenkel-conral等证明TMV的RNA具有侵染性。1971年，Diener发现类病毒。1982年，Prusiner发现朊病毒，获1997年诺贝尔奖。,1985年，Powell等获得首例转TMV CP基因烟草。,五、植物病毒学发展现状与热点问题,1、病毒基因组及基因功能研究；2、病毒与寄主植物相互关系研究；3、生物技术（转基因）培育抗病品种；4、病毒作为基因工程载体及载体元件的研究。,由于分子生物学的发展和电子显微镜的进步，对植物病毒的形态、结构、生物学特性及理化特性都有深入的研究。近年来对植物病毒的研究已进入分子水平，内容包括：,病毒粒体：病毒的基本存在 形式（形态）。病毒粒体的形态微小，只有在放大数万倍的电镜下才能观察到，其度量单位通常采用纳米（nm，1nm=10-9m）。植物病毒粒体形态主要有：球状、线状、杆状、弹状、双联体状、丝线状、柔软不定形等。,第二节 植物病毒的一般性状,一、植物病毒的形态,许多植物病毒由不只一种粒体构成。烟草脆裂病毒有两种杆状粒体，长的一种为19525 nm，短的一种为4311025 nm；苜蓿花叶病毒有5种粒体组分：大小为5818、5418、4218、3018、1810 nm。一些球状病毒也有多种粒体组分，但这些粒体形态相同，只是其中所包含的核酸含量不同而重量存在差异。这些病毒被称为多分体病毒（multicomponent virus），必需有多种病毒粒体组分同时侵染寄主细胞，才能增殖并完成其生物学功能。,植物病毒粒体主要含有核酸和蛋白两大部分。中间为核酸芯（RNA或DNA），外部有外壳蛋白（Coat Protein，CP）包被形成衣壳，少数病毒在蛋白衣壳外面还包被一层那囊膜（envelope），称为包膜病毒,如植物弹状病毒。,二、植物病毒的结构,杆状或线状病毒：蛋白质亚基螺旋状排列，中间是一个由核酸构成的空心管子，核酸也呈螺旋状排列，嵌入到螺旋状排列的蛋白质亚基内端。如，TMV杆状粒体。,TMV：2130个蛋白质亚基；130圈；16 1/3亚基/圈，3圈一个周期，49个亚基/3圈；2.3nm亚基间隔/圈。,球状病毒：蛋白质亚基镶嵌在粒体表面，构成多面体形，内心是病毒的核酸；球状病毒并非光滑的球体，而是多面体（多为二十面体），多个正三角形组合而成。,植物病毒的主要成份是核酸和蛋白质，有些还含有少量的金属离子、多胺和水等。,三、植物病毒组分及其生物学功能,（一）核酸 核酸是病毒遗传信息的载体，植物病毒粒体中的核酸主要是其基因组，有些含mRNA。一套基因组含有病毒侵染、复制、运转、传播等生命活动所需的全部基因，决定病毒的增殖、生物学特性及致病性等。,植物病毒基因组所包含的基因数目从一个（卫星病毒）至十二个（植物呼肠孤病毒），一般为47个基因，分子量从0.4106d到15.5106d，通常具有外壳蛋白基因、复制酶基因及运动蛋白基因等。大部分植物病毒基因组能编码47种蛋白质。1、植物病毒的核酸类型 植物病毒的基因组多数为核糖核酸（RNA），少数为脱氧核糖核酸（DNA）。根据核酸性质及功能，可将植物病毒基因组分为下列5种类型：,（1）正单链RNA（+ssRNA）单链RNA具有侵染性，可以直接翻译，起mRNA的作用。大部分重要植物病毒的基因组属这一类型。70%，TMV，CMV，PVY；多分体病毒。,（2）负单链RNA（-ssRNA）病毒粒体中的单链RNA不具侵染性，必需先转录成互补链，才能翻译蛋白。植物弹状病毒的基因组属这一类型。如小麦丛矮病。（3）双链RNA（dsRNA）其中一条链具有mRNA的作用。负链变正链才能作为mRNA。植物呼肠孤病毒的基因组属这一类型。水稻矮缩病。,（4）单链DNA（ssDNA）联体病毒科（Geminiviridae）病毒含有这种类型基因组，复制时单链DNA先合成双链DNA，再以常规途径转录生成mRNA。（5）双链DNA（dsDNA）核酸类型与高等动、植物的相同，为互补的双链DNA，花椰菜花叶病毒属（Caulimovirus）、杆状DNA病毒属（Badnavirus）具有这种类型基因组。,2、病毒粒体核酸含量,球状病毒：15%45%。线状及杆状病毒：5%6%。弹状病毒：1%。,3、病毒的多分体现象,单体基因组：病毒基因组分布于一条核酸链上。分段基因组：病毒基因组分布于多条核酸链上。单分体病毒：一个病毒粒体中包含有全套基因组。多（双、三）分体病毒：分段基因组分别包装于不同的病毒粒体中。,植物病毒的基因组很小，编码的蛋白质种类也很少，按照其功能可分为结构蛋白和非结构蛋白。结构蛋白是构成一个完整病毒粒体所需要的蛋白，主要是外壳蛋白（coat protein，CP）和囊膜蛋白，有些病毒还有基因组结合蛋白（VPg），由于大多数植物病毒没有囊膜，其结构蛋白也就只有外壳蛋白。而且绝大多数植物病毒的外壳蛋白仅由一种蛋白多肽构成，个别的有两种以上。,（二）蛋白质,非结构蛋白是指病毒基因编码的非结构必需的蛋白，包括病毒复制需要的复制酶、参与病毒运转的运动蛋白等。,（三）脂类,大多数植物病毒不含脂类，只有具囊膜的病毒才有脂类。,（四）其他组份,糖蛋白、金属离子、多胺、水等。,第三节 植物病毒的侵染和传播,大多数植物病毒是从机械的或传毒介体所造成的微伤（fine wound）侵入寄主，少数经过内吞（endocytosis）作用，包膜病毒通过融合（fusion）方式进入寄主细胞。植物病毒没有细胞结构，不像大多数生物那样具有复杂的繁殖器官进行有性或无性繁殖，也不像细菌那样进行裂殖生长，而是分别合成核酸和蛋白质再组装成子代病毒粒体。这种特殊的繁殖方式称为复制。,一、植物病毒的侵染和复制,病毒侵染植物后，在活细胞内增殖后代需要两个步骤，一是病毒核酸的复制（replication），即病毒的基因传递；二是病毒基因的表达（gene expression），即病毒蛋白质合成。一般新增殖的病毒会在体内进行胞间运转和长距离运转。,植物病毒利用寄主细胞核酸复制系统及蛋白质合成系统复制其基因组和合成其专化性蛋白,大部分植物病毒的核酸复制是由RNA到RNA。病毒核酸的复制需要寄主提供复制的场所（通常是在细胞质或细胞核内）、复制所需的原料和能量、部分寄主编码的酶及膜系统。病毒自身提供的主要是模板和专化的聚合酶，即复制酶。花椰菜花叶病毒编码一种依赖于RNA的DNA聚合酶，也称反转录酶。,植物病毒核酸的复制,植物病毒基因组复制及mRNA合成途径具有多样性,根据核酸种类和性质不同，植物病毒复制可分为多种类型。以（+）RNA病毒为例，病毒的复制过程如下：（1）病毒粒体进入寄主细胞，脱壳，释放RNA；（2）RNA与核糖体结合，翻译出病毒复制酶等与复制相关的基因产物；（3）复制酶以（+）RNA为模板合成（-）RNA链，并形成双链复制型；（4）从复制型产生子代（+）RNA链；（5）以病毒RNA为模板合成外壳蛋白；（6）外壳蛋白亚基和RNA组装成新的病毒粒体。,病毒粒体进入寄主细胞,脱壳,基因表达,复制大量的基因组及合成外壳蛋白,病毒粒体装配,植物病毒的增殖,植物病毒基因及其表达,植物病毒的基因组较小，许多植物病毒的基因组全序列及基因图谱都已明确。,以TMV为例,TMV基因组RNA全长6395nt+ssRNA5-未端具有帽子结构和先导序列（非转译序列）3-未端有类似tRNA的结构整个基因组含有5个开读框（ORF），翻译产生5种蛋白,植物病毒基因表达所面临的问题：真核生物蛋白质合成系统仅识别病毒RNA上的第一个开放阅读框架，同一核酸链上的其它基因的表达则要借助病毒的特殊翻译策略。,在真核生物蛋白合成系统中的翻译策略,1、亚基因组策略,2、多聚蛋白策略,3、多分体基因组策略,4、通读蛋白策略,5、核糖体移码策略,由基因组3-未端转录产生一到多个亚基因组RNA，从各个亚基因组5-端开读框翻译出蛋白产物。如TMV,基因组仅含一个开读框，翻译产生一个前体蛋白（多聚蛋白），再在蛋白酶作用下分解为多个功能蛋白。如马铃薯Y病毒科,基因组为多条核酸链，每条链翻译产生一个蛋白产物。如CMV,核糖体读越终止密码。如TMV的复制酶蛋白,在翻译接近终止密码时，核糖体回读或跳过一个核苷酸，从而使终止密码失效（解体到两个三联体密码中）,病毒在复制表达过程中会产生一定形状的内含体（inclusion body），可在光学显微镜下看到。在细胞核内，称为核内含体；在细胞质内，称为细胞质内含体（主要分为不定形内含体、假晶体、晶体内含体和风轮状内含体）。不定形内含体是由病毒粒体和寄主细胞成份混合组成的；晶体状内含体一般是由病毒粒体整齐排列堆叠而成。,植物病毒的变异,1、突变,2、基因重组,3、假重组,自然界中，病毒复制一次出现突变株的概率为10-610-8,人工诱变（亚硝酸盐、高温处理）获得弱毒株及其利用,有的情况下，仅仅一个碱基的变化就会导致病毒性质的变变异,两个病毒基因组在复制过程中发生核酸序列交换，形成重组基因组。常发生于DNA病毒中（主要是动物病毒和噬菌体，花椰菜花叶病毒也有发生）,分段基因组病毒之间核酸链的重新组合。如CMV、TBV,运转（移动），即病毒从植株的某一部位扩散到另一部位的过程（植株内扩散）。在植物叶肉细胞间的移动称为胞间运转（移动）；经维管束输导组织的运转称为长距离运转（移动）。,二、病毒在植物体内的运转（移动）,已知植物病毒的胞间运转有多种途径，而以经胞间连丝的运转最为普遍。该过程需有病毒的运动蛋白参与。首先运动蛋白作用于胞间连丝，使胞间连丝的孔径增大几倍至几十倍；同时运动蛋白与病毒核酸结合，使核酸呈细长的线状；最后病毒是以核酸的形式通过扩展了的胞间连丝进入相邻的细胞。,（一）胞间运转,一些病毒仅能在某些寄主的接种点附近有限的细胞内扩散，表现为局部侵染。一些病毒为韧皮部限制病毒（phloem-limited virus），即病毒经介体传入寄主韧皮部后，仅能在韧皮部增殖和运转。病毒在细胞间移动的速度是缓慢的，平均每天不过1mm左右。,（二）长距离运转,植物病毒的侵染大都是系统性的；先在薄壁细胞组织中增殖和运转；然后进入维管束组织的韧皮部或木质部很快地运转。,（三）病毒在植物体内的分布,全株性侵染的病毒并不是植株的每个部分都有病毒，如只有部分病毒可以进入植株的种胚，所以病毒可以由种子传染的还是少数。有少数病毒可以进入花粉，花粉就可以传染这些病毒。,植物旺盛生长的分生组织很少含有病毒，如茎尖、根尖。因此切下茎端小段（0.10.25cm）分生组织培养，可以得到无病毒的植株。马铃薯、大理菊、草莓等营养繁殖的作物，采用分生组织培养的方法，可以从病株上得到无毒苗。分生组织培养不一定都能得到无毒苗，要经过反复测定确定不带病毒后，再用于繁殖无性系。,三、植物病毒的传播,传播，病毒从一株植物扩散到另一株植物的过程（植株间扩散）。植物病毒只能被动传播，需借外界因子进入活的细胞内。植物病毒为专性寄生物，不能离开活细胞。植物病毒传播方式可以分为介体传播和非介体传播。,（一）植物病毒的介体传播,按照介体与植物病毒之间的生物学关系，可分为非持久性病毒（nonpersistent virus）、半持久性病毒（semipersistent virus）和持久性病毒（persistent virus）三种类型。,介体（vectors），可以传播病毒的生物体。,（1）传毒过程,获毒期,潜伏期,传毒期,持毒期：介体一次获毒后，能保持传毒能力的时间。,1、介体传毒特性,（2）介体传毒方式,非持久性病毒 获毒期、潜伏期、传毒期、持毒期均很短（几秒至几分钟），蚜虫传毒多属于此类，又称为口针传毒，蚜虫试探性取食即可传毒。特征是传毒介体在病植株上获毒饲育后病毒依附于口针里，在接种饲育时随同排出的唾液进入寄主植物体内，因此介体饲毒短时间后即可传毒，饲育期延长会降低传毒效率，病毒在介体体内没有循回期，传毒时间也很短。,持久性病毒 获毒期、潜伏期、传毒期、持毒期均较长（几小时至几天、十几天），病毒可进入介体血液循环系统，甚至在介体内增殖，介体获毒后，有的可终生传毒或经卵由子代传毒。叶蝉、飞虱等传毒多属于此类。饲毒时间较长，介体饲毒后病毒随唾液吸入到肠道，渗透过肠壁进入血淋巴，最后循回到口器的唾液腺里，取食时随唾液进入植物体内。因此必须经过一定时期的循回期才能传毒，有的病毒在虫体内能增殖，一次获毒后可终生传毒，有的还可经卵传毒给下一代。,半持久性病毒 介于上述两者之间，介体获毒饲育期和传毒时间均较长，病毒在介体体内没有循回期，也不能在虫体内增殖。昆虫蜕皮后即失去传毒能力。,介体与病毒之间具有专化性。某一介体只传某一病毒或某些病毒，某一病毒只经某一或某些介体传。多介性病毒如CMV可通过桃蚜、棉蚜、豆蚜等81种蚜虫传播。多传性介体如桃蚜可传播100多种病毒。单介性病毒如大麦黄矮病毒二叉蚜株系仅靠二叉蚜传播。,（3）专化性,蚜虫传播的病毒常引起花叶型、环斑型及黄化型和卷叶型症状，大都属于非持久性病毒，这类病毒都很容易汁液摩擦传播。叶蝉传播的病毒大都属于持久性病毒。,2、昆虫介体 植物病毒自然传播的主要途径。其中，同翅目昆虫占70%以上，主要为蚜虫、叶蝉、飞虱类。还有甲虫、粉虱、蓟马等。,（1）真菌 已发现7种真菌传播19种病毒，油壶菌属、粘菌属系植物的非致病菌，为主要的真菌介体；集壶菌、粉痂菌及腐霉菌除为植物本身病原菌外，还能传播多种病毒。病毒与真菌介体的关系除少数芸苔油壶菌为游动孢子体外带毒外，大多数为孢子内带毒，属持久性传毒。,3、土壤中的介体,（2）线虫 已知有5个属的线虫介体传播约23种病毒（如长针线虫、剑线虫、毛刺线虫等）。一般线虫蜕皮后就不能传毒，饲毒和传毒时间只要15分钟至1小时。线虫传播的植物病毒均属于非持久性，线虫传病毒也可借花粉、种子传，极易汁液传，许多线虫传病毒引致环斑型症状。,主要是叶芽螨和蛛螨。螨和病毒的关系研究较多的是由曲叶螨（Aceria tulipae）传播的小麦条点花叶病毒，这是属于循回型，病毒主要存在于中肠，没有发现在体内增殖的现象。螨类只有在若虫期获毒以后才有传毒能力，带毒螨蜕皮后仍能传毒，但不能经卵传，汁液摩擦亦可传，螨类传播病毒的效率有时是很高的，如单个带条点花叶病毒的螨就能使小麦发病。,4、螨类介体,（二）植物病毒的非介体传播,1、汁液传播（sap transmission）汁液传播就是使病株的汁液通过机械造成的微伤进入健株体内使它发病，又称机械传播。需要整枝打杈、摘心、绑架的栽培作物上，是一些病毒的主要传播途径。烟草、番茄、辣椒上的烟草花叶病毒，瓜类、番茄上的黄瓜花叶病毒。在实验室通常采用机械的方法汁液磨擦进行人工接种，通过微伤口使病毒进入植物体内。,2、种子传播（seed transmission）种子、块茎、球茎、鳞茎和花卉苗木等传播。种子传带病毒系由种子外部带毒、种胚外部带毒、胚乳带毒和种胚带毒。以豆科、葫芦科、菊科最普遍，作物病毒病害的重要初侵染源。,3、嫁接传播（graft transmission）有些果树病毒病害以嫁接传播为其唯一已知的传播途径，例如苹果锈果病和花叶病等。这种传播方式在果树与某些经济林木（如桑树）以及观赏植物中非常重要，因此在繁殖工作中严格选用无病毒接穗和砧木已成为很重要的防治病毒病害的措施。,4、菟丝子传播（dodder transmission）菟丝子传播病毒的性质和嫁接传毒相同，可以通过其桥梁作用，将一株寄主植物的病毒传递给另一株寄主。菟丝子的传播不受组织亲合性影响，更广泛的应用价值。不能靠汁液摩擦接种、不能通过媒介昆虫传播的病毒、在亲缘关系差异太大的植物之间不能形成嫁接结合而传播病毒病时，大多可利用菟丝子传毒。,第四节 植物病毒的分类与命名,植物病毒的分类工作由国际病毒分类委员会（International Committee on Taxonomy of Virus，ICTV）植物病毒分会负责。以往植物病毒的分类主要依据寄主植物种类、病害症状和传播方式等特性将其分为若干个组（group），分类的基本单元为“成员（member）”。,一、植物病毒的分类,1995年，ICTV发表了病毒分类与命名第六次报告，规定植物病毒与其它生物一样实行“目、科、属、种”的系统等级分类。新规定中的属相当于以前的组，而种则相当于以前的“成员”。ICTV第六次国际病毒分类报告规定病毒的种为基本分类单元。,病毒的种是由自我复制谱系组成的多元等级，并占有特定生态空间。其中“自我复制的谱系”指的是病毒无性复制的群体及因基因组变异或再组合而形成的进化群体。“特定生态空间”是指病毒具有的寄主范围。病毒种以下可分为若干株系（strain）。而一些新获得的病毒，由于对其特征还不完全了解，不能确定其分类地位，常称作“分离物”（isolate）。,截至1995年，为ICTV所承认的病毒数目为3600种，其中植物病毒种共有788个。ICTV将植物病毒划归为47个属，在其上建立了11个科、1个目。植物病毒可归为5个大类群：1、单链DNA（ssDNA）病毒类群 2、双链DNA（dsDNA）病毒类群 3、双链RNA（dsRNA）病毒类群4、负单链RNA（-ssRNA）病毒类群5、正单链RNA（+ssRNA）病毒类群,由于病毒与其寄主关系密切，而且很多病毒从寄主那里获得了一些功能基因。要采用单一的系统