普通植物病理学植物病毒优选课件.ppt
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1、普通植物病理学植物病毒病毒发现的历史病毒发现的历史Ivnowsky(1892):TMVIvnowsky(1892):TMVBeijerinck(1898)Beijerinck(1898):filterable virus filterable virusLoefflerLoeffler(18981898)口蹄疫病毒)口蹄疫病毒TowortTowort(19151915)噬菌体)噬菌体病毒的发现病毒的发现1886年,德国农业化学家年,德国农业化学家 迈尔在荷兰迈尔在荷兰 的接种试验的接种试验 (烟草花叶病是一种传染性疾病烟草花叶病是一种传染性疾病)1892年,俄罗斯年,俄罗斯 伊万诺夫斯基伊万诺
2、夫斯基 烟草花叶病感病因子(细菌滤器滤过性)烟草花叶病感病因子(细菌滤器滤过性)1892年从事烟草病工作的年青 的俄国科学家伊万诺夫斯基(Ivanovski)发现感受花叶病的叶汁,即使经过细菌滤器的过滤也仍具有传染的 性质。这项观察提示了存在一种比 以前所知的任何一种都小的病原,他认为该病是由产生毒素的细菌 引起的。1898年,荷兰科学家贝叶林克 (Beijerinck)重复了伊万诺夫的实验,他从患花叶病的烟草叶中挤出汁液,并使之通过细菌滤器。表明滤液仍有侵染性。贝杰林克相信他的滤器阻挡住了细菌。将汁液置于琼脂凝胶块的表面时,发现侵染性物质在凝胶中以适当的速度扩散,而细菌仍滞留于琼脂的表面。因
3、此认为这种侵染性物质要比通常的细菌小。贝杰林克用“病毒(Virus)”来命名这种史无前例的小病原体。不难看出真正发现病毒存在的是贝叶林克。1935年,美国生物化学家年,美国生物化学家 斯坦莱斯坦莱 烟草花叶病毒结晶烟草花叶病毒结晶不难看出真正发现病毒存在的是贝叶林克。核酸杂交:核酸杂交主要在DNA和RNA之间进行,因为二者之间存在着碱基互补关系。5 光谱吸收特性:260/280紫外线峰值比表示核酸与蛋白质含量的比值。(烟草花叶病是一种传染性疾病)病毒主要由多粘菌和疮痂病菌传播,病毒存在于游动孢子75种蚜虫均能传毒,主要为棉蚜和桃蚜,非持久性传毒,也可机械传播或由种子传播。第七节 重要的植物病毒
4、属及典型种核酸杂交:核酸杂交主要在DNA和RNA之间进行,因为二者之间存在着碱基互补关系。其中预先分离纯化或合成的已知核酸序列片断叫做杂交探针,也称为cDNA探针。1 蚜虫:主要传播非持久性关系病毒。不同植物病毒属具有不同的传播介体,确定病毒的传播介体可以作为病原鉴定的一个证据,同时也为防治提供依据。完整的病毒粒体是由一或多个核酸分子(DNA或 RNA)包被在蛋白或脂蛋白衣壳里构成的。2 叶蝉和飞虱:绝大多数增殖型病毒。构成病毒基因的核酸类型(DNA或RNA);另外的部分则需要转录一次才能使用。科,SMV(大豆花叶病毒)-豆科。国际病毒分类委员会(InternationaI Committee
5、 on Taxonomy of Viruses,ICTV)。(一)介体传毒的基本概念 按它们寄主的不同,病毒分为按它们寄主的不同,病毒分为:寄生植物的植物病毒寄生植物的植物病毒(PIant virus)(PIant virus)、寄生动物的动物病毒寄生动物的动物病毒(Animal virus)(Animal virus)医学病毒(人类病毒);医学病毒(人类病毒);真菌病毒真菌病毒寄生细菌的噬菌体寄生细菌的噬菌体(细菌病毒细菌病毒bacteriophagebacteriophage)。)。等。等。病毒与人类的关系有害方面:引起人类疾病(天花、爱滋病、非典型肺炎、肝引起人类疾病(天花、爱滋病、非典
6、型肺炎、肝炎、流感、小儿麻痺等)。炎、流感、小儿麻痺等)。引起畜禽疾病(狂犬病、口蹄疫、猪瘟、牛瘟、引起畜禽疾病(狂犬病、口蹄疫、猪瘟、牛瘟、鸡瘟、鸭瘟)。鸡瘟、鸭瘟)。引起植物病害(大麦黄矮病毒病、椰子死亡类病引起植物病害(大麦黄矮病毒病、椰子死亡类病毒)。毒)。非典型肺炎非典型肺炎”元凶冠状病元凶冠状病毒毒使我们知道在十七世纪就存在一种植物病毒病-郁金香碎色病。不同株系在形状上有差异。到2000年,ICTV先后发表病毒分类与命名报告七次,在第六次报告中,植物病毒与动物病毒和细菌病毒一样实现了按科、属、种分类。到2000年,ICTV先后发表病毒分类与命名报告七次,在第六次报告中,植物病毒与动
7、物病毒和细菌病毒一样实现了按科、属、种分类。病毒为+ssRNA,核酸占56%。病毒与其它病原生物大小比较这种类型的核酸 称为双义RNA(ambisense RNA)。1亚基因组RNAs策略:由基因组3末端转录产生一到多个亚基因组(sub genomic)RNA,从各个亚基因组5端的开放阅读框架翻译出功能性蛋白,如烟草花叶病毒属。3 介体与病毒专化性识别的可能机制高侵染活性:50100分子可侵染成功,病毒需100万粒体。他认为该病是由产生毒素的细菌化温度5065,稀释限点10-210-6。3 介体与病毒专化性识别的可能机制将汁液置于琼脂凝胶块的表面时,发现侵染性物质在凝胶中以适当的速度扩散,而细
8、菌仍滞留于琼脂的表面。(三)传播方式:血液及分泌物经由粘膜表面或皮肤破损处进入2、马铃薯Y病毒属及PVY潜伏期(incubation period)是指介体从获得病毒到能传播病毒的时间,在循回型相互关系中也称循回期。非结构蛋白:病毒核酸编码的非结构必需的蛋白,包括病毒复制需要的酶,传播、运动需要的功能蛋白等。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.仅侵染韧皮部组织,由数种蚜虫以持久非增殖型方式传播。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。植物
9、呼肠孤病毒的基因组属这一类型。一、艾滋病毒一、艾滋病毒(一)形态:圆球形(一)形态:圆球形(二)侵染特点:逆转录病毒。(二)侵染特点:逆转录病毒。AIDS:获得性免疫缺失综合病症HIV:人类免疫缺陷病毒(三)传播方式:血液及分泌物经由粘膜表面或皮肤破损处进入(三)传播方式:血液及分泌物经由粘膜表面或皮肤破损处进入 疯牛病疯牛病HIV艾滋病毒艾滋病毒 T淋巴细胞中的爱滋病毒植物病毒植物病毒被病毒感染的植物病毒与人类的关系有益方面:用作基因工程的载体或元件。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)。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)
10、。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)花卉增色(金心黄杨、金边瑞香、杂色郁金香)1576,荷兰人,荷兰人Charles de Lieclase描述郁金香杂色花。描述郁金香杂色花。“郁金香热郁金香热”。一株郁金香(球根):数头牛、猪、。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。绵羊;几顿谷物;上千磅奶酪;一个磨坊。第一个记载的植物病毒病的是 郁金香碎色病,因为至今荷兰 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。当时一个得病郁金香球茎竟能换来成吨的谷物或上千磅的奶酪。在1634-1
11、637年的荷兰,这种嗜好达到了可称做“郁金香热”的高潮。使我们知道在十七世纪就存在一种植物病毒病-郁金香碎色病。染病郁金香01碎色染病郁金香02二、昆虫病毒二、昆虫病毒防治农林害虫的优势:防治农林害虫的优势:专一性高扩散性强毒力大后效长环保功能专一性高扩散性强毒力大后效长环保功能对人类的不利作用:经济昆虫对人类的不利作用:经济昆虫(蜂、蚕蜂、蚕)病毒病病毒病 斜纹夜蛾病毒杀虫剂及甜菜夜蛾病毒杀虫剂:一种核型多角体病毒(NPV)第一节第一节 植物病毒的形态、结构与组分植物病毒的形态、结构与组分观察植物病毒的形态则需要放大数万倍的电子观察植物病毒的形态则需要放大数万倍的电子显微镜。度量病毒大小的尺
12、度为纳米显微镜。度量病毒大小的尺度为纳米(nm)(nm)。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)。ssRNA病毒,病毒负链核酸需先转录为正链核酸(mRNA)。抗病品种和药剂有一定防效。+ssRNA病毒基因组五种翻译策略:寄主范围广,传播不需要介体,靠接触传播,有时靠6、黄症病毒属及BYDVDNA病毒(ssDNA病毒和dsDAN病毒)需要寄主的转录酶转录 mRNA。通读蛋白(read-through)策略:基因5开放阅读框架的终止密码子可能漏读(leaky),允许一定比例的核糖体继续向下游翻译,直至下一个终止密码子,从而产生第二个更长的功能蛋白,如烟草花叶病毒属复制酶的
13、翻译。病毒与其它病原生物大小比较病毒的不同株系往往由不同的蚜虫传播,一次得毒可以由叶蝉持久性传播,属于增殖型,机械和1 蚜虫:主要传播非持久性关系病毒。野生寄主是初侵染来源。75种蚜虫均能传毒,主要为棉蚜和桃蚜,非持久性传毒,病毒球形,有棱角,含有12条dsRNA,占22%,核酸可编码传毒真菌主要是油壶菌属、多粘菌属和粉痂菌属的5种真菌,能传播20种病毒。(4)单链DNA(ssDNA)另外的部分则需要转录一次才能使用。除蛋白和核酸外,植物病毒含有的最大量的其它组分是水分。科,SMV(大豆花叶病毒)-豆科。烟草花叶病毒结晶这种特殊的 繁殖方式称为复制增殖(multiplication)。病毒与其
14、它病原生物大小比病毒与其它病原生物大小比较较病毒与其它生物大小比较病毒与其它生物大小比较 一、植物病毒的形态一、植物病毒的形态 植物病毒的基本形态为粒体植物病毒的基本形态为粒体(virion,virus particlevirion,virus particle),大,大部分病毒的粒体为球状、杆状和线状,少数为弹状、杆部分病毒的粒体为球状、杆状和线状,少数为弹状、杆菌状和双联体状等。菌状和双联体状等。球状病毒:直径大多在球状病毒:直径大多在202035nm35nm,少数可以达到,少数可以达到707080nm80nm;球状病毒也称为多面体病毒或二十面;球状病毒也称为多面体病毒或二十面体(体(ic
15、osahedral particle)icosahedral particle)病毒。大约一半左病毒。大约一半左右的植物病毒科、属是属于这种形态。右的植物病毒科、属是属于这种形态。杆状病毒多为杆状病毒多为202080nm80nm100100250nm250nm,两端,两端平齐;杆状病毒粒体刚直;平齐;杆状病毒粒体刚直;线状病毒多为线状病毒多为 11 1113nm13nm750nm750nm,个别可以,个别可以达到达到2000nm2000nm以上,粒体有不同程度的弯曲。以上,粒体有不同程度的弯曲。二、植物病毒的结构二、植物病毒的结构 完整的病毒粒体是由一或完整的病毒粒体是由一或多个核酸分子多个核
16、酸分子(DNA(DNA或或 RNA)RNA)包被在蛋白或脂蛋白衣壳包被在蛋白或脂蛋白衣壳里构成的。里构成的。绝大多数病毒粒体都只是绝大多数病毒粒体都只是由核酸和蛋白衣壳由核酸和蛋白衣壳(capsid)(capsid)组成,但植物弹状病毒组成,但植物弹状病毒(PIant rhabdovirus)(PIant rhabdovirus)粒体粒体外面有囊膜外面有囊膜(envelope)(envelope)包包被。被。三、植物病毒的组分三、植物病毒的组分(一)蛋白质(一)蛋白质1 1 衣壳蛋白的组成和结构衣壳蛋白的组成和结构 绝大多数物病毒的衣壳只有一种蛋白,蛋白多肽绝大多数物病毒的衣壳只有一种蛋白,蛋
17、白多肽链经过三维折叠形成衣壳的基本结构单位,称作链经过三维折叠形成衣壳的基本结构单位,称作蛋白亚基(蛋白亚基(subunitsubunit,也称结构亚基,也称结构亚基)。多个蛋白。多个蛋白亚基聚集起来形成壳基。亚基聚集起来形成壳基。壳基是一种形态单位,主要表现在球状病毒上,壳基是一种形态单位,主要表现在球状病毒上,多数壳基构成衣壳,起到保护核酸链的作用。多数壳基构成衣壳,起到保护核酸链的作用。壳壳植物病毒有两种基本结构方式:螺旋对称型结构和等面体对称型植物病毒有两种基本结构方式:螺旋对称型结构和等面体对称型结构。结构。螺旋对称型结构:杆状病毒的结构,螺旋对称型结构:杆状病毒的结构,TMVTMV
18、为代表。蛋白亚基呈为代表。蛋白亚基呈螺旋状排列,镶嵌在螺旋状排列,镶嵌在 RNA RNA螺旋链上,一个亚基和三个核苷酸螺旋链上,一个亚基和三个核苷酸相结合。相结合。等面体对称形结构:球形病毒的结构。壳基有规则地结合、等面体对称形结构:球形病毒的结构。壳基有规则地结合、分布在二十个正三角形组成的面上;壳基经常由分布在二十个正三角形组成的面上;壳基经常由5 5、6 6、2 2、3 3个蛋白亚基聚集而成,常被分别称为五邻体、六邻体、二聚个蛋白亚基聚集而成,常被分别称为五邻体、六邻体、二聚体和三聚体。这种结构使病毒消耗的能量最小,粒体最稳定。体和三聚体。这种结构使病毒消耗的能量最小,粒体最稳定。2 2
19、 植物病毒的蛋白种类植物病毒的蛋白种类植物病毒的基因组很小,编码的蛋白质种类也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很少,按照其功能可分为结构蛋白和非结构蛋白。蛋白。结构蛋白:主要是衣壳蛋白结构蛋白:主要是衣壳蛋白(coat protein(coat protein,缩写为缩写为 CP)CP)和囊膜蛋白。和囊膜蛋白。非结构蛋白:病毒核酸编码的非结构必需的非结构蛋白:病毒核酸编码的非结构必需的蛋白,包括病毒复制需要的酶,传播、运动蛋白,包括病毒复制需要的酶,传播、运动需要的功能蛋白等。需要的功能蛋白等。不同植物病毒属具有不同的传播介体,确定病毒的传播介体可
20、以作为病原鉴定的一个证据,同时也为防治提供依据。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。8、真菌传杆状病毒属(Furovirus)及SWMV另外的部分则需要转录一次才能使用。伤瘤病毒主要侵染双子叶植物,在根部形成肿瘤。含3个种。(三)种子和花粉传播:核酸占21%,为+ssRNA。杀虫剂:一种核型多角体病毒(NPV)典型种是伤瘤病毒(wound tumor virus)获毒(取食)期(acquisition period)是指介体获得病毒所需的取食时间。(4)单链DNA(ssDNA)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)。科、属名书写时应用斜
21、体,确定种(definitive species)的名称应用斜体,而暂定种(tentative species)的名称或属名未定的病毒不采用斜体。球状病毒也称为多面体病毒或二十面体(icosahedral particle)病毒。在光学显微镜下观察到内含体;(五)核酸杂交及PCR技术2 叶蝉和飞虱:绝大多数增殖型病毒。核糖体移码(trans-frame)策略:在翻译接近开放阅读框架的终止密码子时,核糖体回读一个核苷酸(少数情况是跳过一个),这样使终止密码子UAG分到两个三联体密码中,使翻译继续到下一个开放阅读框架,从而产生一个大蛋白。专一性高扩散性强毒力大后效长环保功能植物病毒基因组所包含的基
22、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.内部,在休眠孢子囊内可存活多年。(二)核酸 核酸是病毒遗传信息的载体,植物病毒粒体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,有些含中的核酸主要是其基因组,有些含DNA,有些含,有些含mRNA。一套基因组含有病毒侵染、复制、运转、。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。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
23、物呼肠孤病毒),一(卫星病毒)至十二个(植物呼肠孤病毒),一般为般为47个基因,分子量从个基因,分子量从0.4106d到到15.5106d,通常具有外壳蛋白基因、复制酶基因及运动蛋白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基因等。大部分植物病毒基因组能编码47种蛋白种蛋白质。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(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(少数为脱氧核糖核酸(DNA)。根据核酸性质及)。根据核酸性质及功能,可将植物病毒基因组分为下列功能,可将植物病毒基因组分为下列5种类型:种类型:(1)正单链)正单
24、链RNA(+ssRNA)单链单链RNA具有侵具有侵染性,可以直接翻译,起染性,可以直接翻译,起mRNA的作用。大部的作用。大部分重要植物病毒的基因组属这一类型。分重要植物病毒的基因组属这一类型。70%,TMV,CMV(黄瓜花叶病毒),(黄瓜花叶病毒),PVY(马铃薯(马铃薯Y病毒病毒);多分体病毒。);多分体病毒。(2)负单链)负单链RNA(-ssRNA)病毒粒体中的单链病毒粒体中的单链RNA不具侵染性,必需先转不具侵染性,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。组属这一类型。如小麦丛矮病。(3)双链)双链RN
25、A(dsRNA)其中一条链具有其中一条链具有mRNA的作用。负链变正链才的作用。负链变正链才能作为能作为mRNA。植物呼肠孤病毒的基因组属这一类。植物呼肠孤病毒的基因组属这一类型。型。水稻矮缩病。水稻矮缩病。(4)单链)单链DNA(ssDNA)联体病毒科(联体病毒科(Geminiviridae)病毒含有这种类)病毒含有这种类型基因组,复制时单链型基因组,复制时单链DNA先合成双链先合成双链DNA,再,再以常规途径转录生成以常规途径转录生成mRNA。(5)双链)双链DNA(dsDNA)核酸类型与高等动、植物的相同,为互补的双核酸类型与高等动、植物的相同,为互补的双链链DNA,花椰菜花叶病毒属(,
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