مقاله ویروس های بیماری زای گیاهی
مقدمه
ویروس نوکلئوپروتئینی است که از حد رویت میکروسکوپ نوری کوچک تر است. تنها در سلول زنده تکثیر یافته و قادر به تولید بیماری است؛ ویروس ها در داخل سلول ها پارازیت بوده و در تمام موجودات زنده، از میکرو ارگانیسم های تک سلولی تا درختان و حیوانات بزرگ، بیماری هایی به وجود می آورند؛ برخی از ویروس ها به انسان و یا حیوانات و یا هر دو حمله کرده و بیماری هایی از قبیل آنفولانزا، هاری، فلج اطفال،آبله و انواع زگیل ایجاد می کنند؛ برخی به گیاهان حمله می کنند و برخی دیگر به میکروارگانیسم هایی مانند قارچ ها، باکتری ها و میکوپلاسماها. تعداد کل ویروس های شناخته شده تا این زمان حدود دو هزار است و هر ماهه ویروس های جدیدی توصیف می شوند؛ حدود یک چهارم ویروس های شناخته شده به گیاهان حمله می کنند؛ یک ویروس ممکن است به یک یا دهها گیاه حمله کند و هر گونه گیاهی معمولا مورد حمله تعداد زیادی ویروس قرار می گیرد؛ یک گیاه در یک زمان ممکن است با بیش از یک نوع ویروس آلوده شود.
اگر چه ویروس ها از عوامل بیماری بوده و با موجودات زنده دیگر از نقطه نظر عملیات ژنتیکی و توانایی تولید مثل وجه اشتراک دارند، به صورت ملکول های شیمیایی نیز عمل می کنند؛ در ساده ترین فرم ویروس ها از اسید نوکلئیک و پروتئین تشکیل شده اند و پروتئین تشکیل یک پوشش حفاظتی به نام کپسید(Capsid) به دور اسید نوکلئیک را می دهد؛ گرچه ویروس های شکل های متفاوتی دارند، اما معمولا میله ای و یا چند وجهی و یا فرم هایی از این دوشکل اصلی هستند؛ در هر ویروس همیشه فقط RNA و یا فقط DNA وجود دارد و در بیشتر ویروس های گیاهی تنها یک نوع پروتئین وجود دارد. برخی از ویروس های بزرگ تر، چندین پروتئین با وظایف مختلف دارند؛ ویروس ها تقسیم نمی شوند و تولید هیچ نوعی از اندام های تولید مثل اختصاصی از قبیل اسپور نمی نمایند؛ اما با تحریک سلول های میزبان به تولید ویروس تکثیر می یابند؛ ویروس ها تولید بیماری می کنند، اما نه با مصرف سلول ها یا کشتن آن ها با توکسین ها، بلکه با مصرف مواد سلولی، با اشغال فضا در سلول ها و با به هم زدن تو اختلال در فرآیندها و اجزا سلول که به نوبه خود متابولیسم سلول ها را به هم زده و تشکیل مواد غیر عادی به وسیله سلول ها و شرایط آسیب رسانند به فعالیت ها و زندگی سلول یا موجود زنده منجر می گردد.
ویروس های گیاهی نه تنها از نظر شکل و اندازه، بلکه هم چنین از نظر سادگی ساختمان شیمایی و فیزیکی شان، نحوه آلوده سازی، تکثیر، انتشار در دخل میزبان، انتشار در طبیعت و علایمی که در میزبان تولید می کنند، با تمام دیگر پاتوژن های گیاهی اختلاف دارند به علت کوچکی اندازه و شفافیت اندامشان، ویروس ها را حتی با روش هایی که برای دیگر پاتوژن ها به کار می روند نمی توان دید و به وجودشان پی برد. ویروس ها سلول نیستند و از سلول هم تشکیل نشده اند.
هنگامی که یک بیماری گیاهی به وسیله یک ویروس ایجاد می شود، تک تک پیکره های ویروس را نمی توان با میکروسکوپ نوری دید، گرچه برخی از اندامک های درون سلولی و یا کریستال های حاوی ویروس را می توان در سلول های آلوده به ویروس مشاهده نمود. بررسی برش هایی از سلول ها یا شیره خام گیاهان آلوده به ویروس در زیر میکروسکوپ الکترونی ممکن است ذرات ویروس را آشکار کند یا نکند. ذرات ویروس را هیمشه نمی توان به آسانی در زیر میکروسکوپ الکترونی دید و حتی در موارد نادری که این ذرات آشکار می شوند، اثبات این که ذرات مزبور ویروس هستند و این که بیمار خاص توسط همان ویروس ایجاد شده باشد نیاز به وقت و کار اضافی دارد.
تعدادی از علایم گیاه، از قبیل نقش بلوطی روی برگ ها و لکه های حلقوی نکروتیک و یا کلوتیک را با درجه اطمینان نزدیک به یقین می توان به ویروس نسبت داد. بیشتر کمبود یا مسمومیت غذایی، ترشحات حشرات، سایر پاتوژن ها و عوامل دیگر ایجاد شده باشند. تعیین این که علایم به خصوصی به وسیله ویروس ها ایجاد شده اند، مستلزم حذف هر علت احتمالی دیگر و انتقال ویروس از گیاهان مریض به گیاهان سالم است که باید به نحوی انجام گیرد که از انتقال هر عامل بیماری زای دیگر جلوگیری شود.
روش های کنونی تشخیص ویروس های گیاهی عمدتا شامل انتقال ویروس از گیاه بیمار به گیاه سالم به وسیله پیوند، مالیدن با شیره گیاه است. برخی دیگر از روش های انتقال از قبیل استفاده از سس یا حشرات ناقل نیز به کار می رود تا وجود ویروس را نشان دهد. مع هذا بیشتر این روش ها نمی توانند مشخص کنند که آیا بیمارگر یک ویروس است یا یک میکوپلاسم یا یک باکتری سخت کشت آوندی. تنها انتقال به وسیله شیره گیاهی است که در حال حاضر مدرک اثبات ماهیت ویروسی بیمارگر محسوب می شود. قطعی ترین دلیل وجود یک ویروس در گیاه باخالص سازی، الکترون میکروسکوپی و معمول تر از همه سرولوژی است.
ویروس های گیاهی در اشکال و اندازه های مختلف وجود دارند، اما با عناوینی از قبیل دراز (میله های خمض ناپذیریا رشته خمش پذیر)، را به دو ویروس (باسیل مانند) و کروی (پلی هدرال یا ایزومتریک) توصیف شوند (شکل های1-1و 2-1 و 3-1 ) .
برخی از ویروس های دراز مانند ویروس موزائیک توتون و ویروس موزائیک نواری جو به شکل میله های خمش ناپذیر بوده و به ترتیب اندازه شان 15×300 نانومتر و 20 × 130 نانومتر است بیشتر ویروس های دراز به صورت رشته های بلند و نازک خمش پذیر هستند که معمولا 10 – 13 ناننو متر (ویروس های تریستیزای مرکبات) درازا دارند. به نظرمی رسد که بسیاری ویروس های دراز دارای پیکره هایی با طول های متفاوت بوده و عددی که برای طول آن ها داده می شود معمولا مربوط به طولی است که بیش از بقیه معمول است.
رابدو ویروس ها (Rhabdoviruses) میله هایی کوتاه و باسیل مانند هستند که طول آن ها سه تا چند برابر عرض آن ها است و این اندازه ها در مورد ویروس کوتولگی زرد سیب زمینی 75 × 380 نانومتر،در ویروس موزائیک خطی گندم 65 ×270 نانومتر و در ویروس زردی نکروتیک کاهو 52 × 300 صادق است.
ویروس ها مانند کلیه ها از اسید آمینه ساخته شده است. موقعیت اسیدهای آمینه در داخل یک پروتئین به وسیله ماده ژنتیکی دیکته می شود که در ویروس ها این ماده دی اکسی ریبونوکلئیک اسید ((DNA یا ریبو نوکلئیک اسید (RNA) بوده و در طبیعت پروتئین را مشخص می کند.
بخش های پروتئین ویروس های گیاهی از زیر واحد های (Subunits) تکراری تشکیل شده است. میزان و ترتیب اسید های آمینه برای زیر واحد های پروتئینی کاملا مشابه یک ویروس ثابت است. اما ممکن است در ویروس های مختلف یا سویه های مختلف یک ویروس و حتی برای پروتئین های مختلف یک پیکره ویروس متفاوت باشد. میزان و ترتیب اسیدهای آمینه چندین ویروس مشخص شده است. مثلا زیر واحدهای پروتئینی ویروس موزاییک توتون (TMV) از 158 اسید آمینه با نظم و ترتیب ثابت تشکیل یافته است. به همین ترتیب هر زیر واحد پروتئینی ویروس موزائیک زرد شلغم (TYMV) 189 اسید آمینه دارد.
در TMV زیر واحد های پروتئینی در مارپیچی تنظیم شده اند که در هر دور زیر واحد (یا 49 زیر واحد در هر سه دور) دارد. حفره مرکزی پیکره ویروس در طول محور آن 4 نانومتر قطر دارد، در حالی که فط ماکزیمم قطر پیکره 18 نانومتر است. هر پیکره TMV حدودا از 130 دور زیر واحد های پروتئینی تشکیل یافته است. نوکلئیک اسید به صورت منظم و محکمی بین چرخه های زیر واحدهای نوکلئیک اسیدی جاسازی شده است. در رابدو ویروس ها نوکلئوپروتئین در داخل یک غلاف قرار گرفته است.
در ویروس های گیاهی چند وجهی زیر واحد های پروتئینی و به صورت بسته هایی چنان بسته بند شده اند که تولید 20 وجه یا مضربی از 20 وجه را نموده و تشکیل یک پوسته می دهند. در داخل این پوسته نوکلئیک اسید تا شده و یا به صورت دیگری قرار گرفته است.
نوکلئیک اسید بیشتر ویروس های گیاهی عبارت از RNA است، اما حداقل 25 ویروس شاخته شده که حاوی DNA هستند هم RNA و هم DNA مولکول های بلند زنجیر مانندی دارند که از صد ها و یا غالبا هزاران واحد به نام نوکلئوتید تشکیل شده اند. هر نوکلئوتید از یک تریکب حلقوی به نام (base) به وجود آمده که به یک قند 5 کربنی (ریبوز (I) در DNA) به اسید فسفریک متصل است. قند یک نوکلئوتید با فسفات یک نوکلئوتید دیگر ترکیب می شود و این بارها تکرار می شوند و تا رشته RNA یا DNA ساخته شود در RNA ویروسی یک از تنها 4 باز می تواند به هر مولکول ریبوز متصل شود. این بازها عبارتند از آدنین، گوانین، سیتوزین و یوراسیل. دو باز اول، آدنین و گوانین از پورین ها بوده و سیتوزین و یوراسیل پیریمیدین هستند. فرمول شمیایی بازها و یکی از وضعیت های نسبی ممکنه شان در زنجیر RNA ازنظر ساختمانی (III) نشان داده شده است. مولکول های DNA شباهت به RNA دارند با دو اختلاف کوچک، اما اساسی.
اکسیژن هیدورکسیل در قند حذف شده و باز یوراسیل به وسیله باز متیل یوراسیل که بهتر به نام تایمین (17) شناخته می شود، جایگزین شده است.
ترتیب قرارگیری و تعداد بازها از کی RNA به RNA دیگر فرق می کند، اما در RNA مشخص ثابت بوده و خصوصیات آن را معین می نمایند. سلول های سالم همیشه حاوی DNA دولار و RNA یک لا هستند. بیشتر ویروس های گیاهی (حدود 400 ویروس) RNA یک لا دارند. اما 10 ویروس دارای RNA دولا، 12 ویروس حاوی DNA دولا و حدود 15 ویروس دارای DNA یک لا هستند.
علاوه بر ویروس های تیپیک، که عبارت از یک یا چند رشته نسبتا بلند نوکلئیک اسید احاطه شده کپسید که شامل یک یا چند مولکول پروتئینی بوده و قادر به تکثیر و بیمار زایی هستند، حداقل 4 نوع بیمارگر شبه ویروس دیگر با بیمار گیاهی ارتباط دارند. اول، ویروس های وابسته (Satellite) که ویروس هایی که مرتبط با برخی ویروس های معمولی، اما برای تکثیر و آلوده سازی گیاه به ویروس عادی وابستگی داشته و ضمنا از توان تکثیر و قدرت بیماری زایی ویروس عادی می کاهند. لذا، ویروس های وابسته برای ویروس های عادی مرتبط با خود به مانند یک پارازیت عمل می کنند. دوم ویروییدها (Viroids) یک نوع RNA های کوچک (250- 400 نوکلئید)، لخت ، تک لا و حلقوی هستند که خود می توانند در گیاهان بیماری ایجاد نمایند (به قسمت مربوطه رجوع کنید). سوم ویروسوئیدها (Virosoids)، شبیه ویرویدها بوده،از رشته های حلقوی RNA تک لا و کوچکی ساخته شده و در داخل کپسید برخی ویروس های RNA وجود دارند. ویروسوئید ها بخشی از ماده ژنتیکی این ویروس ها هستند. لذا ارتباطی اجبرایبا این ویروس ها دارند. به نحوی که نه ویروس نه ویروسوئید در غیاب شریک دیگر قادر به تکثیر و آلوده سازی گیاه نیستند. چهارم RNA های وابسته (Sattelite RNAs) که RNA های خطی موجود در پیکره برخی ویروس های چند جزیی هستند. RNA های وابسته ممکن است با RNA وروس یا با RNA میزبان مرتبط باشند، RNA های وابسته عموما اثرات آلودگی ویروسی را ضعیف می کنند و ممکن است احتمالا،نماینده واکنش حفاظتی میزبان نسبت به بیمارگر باشند.
اگر چه ظاهرا هر ویروس یا حتی هر نژاد ویروس پوشش پروتئینی مخصوص به خود را تولید می کند، تنها عمل شناخته شده پروتئین تامین یک غلاف یا روپوش پروتئینی برای نوکلئیک اسید ویروس است. پروتئین، خود خاصیت بیماری زایی ندارد، مع هذا وجود آن عموما خاصیت عفونت زایی نوکلئیک اسید را افزایش می دهد. در تلقیح ها با ذرات ویروس کامل (ویریون ها) پروتئین ظاهرا به نوکلئیک اسید کمکی نمی کند و تاثیری هم در عمل و یا ساختمان شیمیایی آن ندارد. چون تلقیح هایی با نوکلئیک اسید به تنهایی قادر به آلوده سازی بوده و منجر به سنتز نوکلئیک اسید و هم چنین پروتئین جدیدی می شود که هر دو از هر نظر با آن چه متعلق به ویروس اصلی بوده، یکی هستند و فرقی ندارند سنتز ساختمان شیمایی و ساختمان فیزیکی پروتئین از طرفی دیگر کلا به بخش نوکلئیک اسید ارتباط پیدا می کند که به تنهایی مسئول سنتز و مونتاژ هم RNA و هم پروتئین است.
در بسیاری موارد منحصرا همان خاصیت نوکلئیک اسید آن ها است که در بیشتر ویروس های گیاهی RNA است. برخی ویروس ها با خود یک آنزیم RNA تراس کریپتاز (transcriptase) دارند که برای تکثیر و آلوده سازیشان ضروری است. این که RNA ویروس توان تکثیر و آلوده سازیشان ضروری است. این که RNA ویروس توان تکثیر خود و پروتئین ویژه اش را دارد، نشان می دهد که RNA حامل مواد موروثی تعیین کننده خصوصیات ویروس است. تظاهر هر یک از خصوصیات به ارث رسیده به ترتیب قرار گرفتن نوکلوئید ها در یک ناحیه معین (Cistorn) از RNA ویروس بستگی پیدا می کند، که ترتیب و موقعیت اسید های آمینه را در یک پروتئین، از نوع ساختمانی و یا آنزیمی مشخص و تعیین می کنند. این خاصیت یا عمل کد کردن (Coding) نامیده شده و به نظر می رسدکه در تمامی موجودات زنده و ویروس ها به یک نحو باشد.
کد از واحد هایی به نام کدن (Codon) تشکیل یافته است. هر کدن از سه نوکلئوتید مجاور هم تشیکل یافته و محل یک اسید آمینه به خصوص را معین می کند.
بنابراین، میزان RNA موجود در هر ویروس، طول تقریبی آن ویروس و تعداد نوکلئوتید های RNA را مشخص می کنند. این به نوبه خود تعداد کدن های موجود در هر RNA و هم چنین تعداد اسید های آمینه ای را که برایشان می توان کد کرد، مشخص می کند. از آن جا که زیر واحد های پروتئینی حاوی تعداد نسبتا کمی اسید آمینه است(158 در TMV)، تعداد کدن های به کار گرفته شده برای سنتز آن،بخش بسیار کوچکی از کل تعداد کدن های موجود است (158 کدن ا 2130 کدن TMV). کدن های باقی مانده احتمالا با سنتز پروتئین های دیگری ارتباط پیدا می کنند که ممکن است از نوع ساختمانی و یا آنزیمی باشند (شکل4-1). یکی از این آنزیم ها RNA – پولی مراز (RNA-polymerase) است که به نام (RNA-replicase) یا (RNA-synthetase) نامیده می شود و برای کپی سازی RNA ویروس ضروری است. برای بیشتر پروتئین های دیگری که نوکلئیک اسید ویروس بایشان کد می ند هیچ نقش ویژه ای شناخته شده است. در حال حاضر چنین به نظر می رسد که حالت بیماری ایجاد شده در گیاهان به وسیله ویروسی ها ناشی از اختلال و به هم زدن فرآیند های عادی متابولیکی باشد که در سلول های و یا پارانشیم آلوده، صرفا در اثر موجودیت و تکثیر ویروس به وجود می آید و احتمالا نیز در اثر خواص غیر عادی و یا مسموم کننده پروتئین های اضافه و یا مواد حاصل از آن ها که تحت تحریکات ویروس تولید شده اند،ممکن است باشد. مع هذا تاکنون یک چنین موادی یافت نشده اند.
شکل 4-1
ویروس های گیاهی تنها از طریق زخم هایی که به صورت مکانیکی ایجاد می شود و یا به وسیله ناقلان یا به وسیله یک دانه گرده آلوده ای که وارد یک تخمدان شود، به گیاهان رخنه می کنند.
نوکلئیک اسید (RNA) ویروس ابتدا از پوشش پروتئینی آزاد می شود. سپس نوکلئیک اسید سلول را تحریک به تولید RNA-polymerase می کند. این آنزیم در جوار RNA ویروس که به عنوان مدل یا قالب عمل می کند و نوکلئوتیدهایی که RNA را تشکیل می دهند، تولید مولکول های جدید RNA می نماید. اولین RNA تولید شده، RNA ویروسی نیست، بلکه رشته های از قرینه ویروس است و در همان حال که در حال تشکیل است به طور موقت به رشته ویروسی می چسبد (شکل 5-1). علی هذا این دو با هم یک RNA دولا ایجاد می کنند ولی زود از هم جدا می شوند تا RNA ویروس اصلی (+) و رشته قرینه (-) را تولید کنند که این رشته اخیر به عنوان قالب برای ساخت RNA ویروس بیشتر (رشته+) به کار می رود.
کپی سازی برخی ویروس های حاوی RNA یک لا که بخش هایی که از RNA شان در دو یا چند پیکره ویروسی است و هم چنین کپی سازی رابدو ویروس ها و برخی ویروس هایی که RNA دولا دارند به میزان قابل ملاحظه ای از آن چه در بالا شرح داده شده تفاوت دارد. در ویروس های دو یا چند جزیی که قطعات RNA بین پیکره های ویروس تقسیم شده، تمامی ذرات باید در همان سلول تواما وجود داشته باشند تا کپی سازی عملی شده و آلودگی توسعه یابد. در رابدو ویروس ها که RNA تک لا دارند، RNA بیماری زا نیست چون که این رشته (-) است. این RNA می باید به وسیله آنزیمی که ویروس به همراه دارد، به نام ترانس کریپتاز (transcriptase)، در میزبان نسخه نویسی (transcribe) و به صورت رشته (+) در آید و سپس این رشته مطابق شرح فوق الذکر
شکل 5-1
تکثیر می یابد و در ویروس های کروی (ایزومتریک) با RNA دولا، مولکول RNA در داخل ویروس اما در چند جزء است، بیماری زا نیست و برای تکثیرش در میزبان به آنزیم ترانس کریپتاز وابسته است که آن نیز در داخل ویروس موجود است.
در ابتدا تصور می شد که روش تکثیر DNA دولا (ds) در ویروس های گیاهی DNA دار کاملا شبیه تکثیر DNA هسته میزبان باشد، اما حالا معلوم شده است که تکثیر ویروس های حاویds DNA بسیار پیچیده تر است. به طور خلاصه، بعد از آلودگی ds DNA ویروس وارد هسته سلول می شود و در آن جا چنین به نظر می رسد که در هم پیچیده و به حالت مارپیچی در آمده و تشکیل کروموزوم کوچکی (minichromosome) می دهد و این مینی کروموزوم مقداری تکثیر می یابد و ضمنا از روی آن دو RNA یک لا نسخه برداری می گردد. RNA کوچکتر به سیتوپلاسم انتقال می یابد و از روی آن پروتئین های ویروس ترجمه می شود. RNA بزرگتر نیز به همان نقطه از سیتوپلاسم انتقال داده می شود،اما در آن جا به عنوان یک قالب به کار رفته و با نسخه نویسی معکوس (reverse transcription) یک ds DNA مربوط به ویرویون کامل که فورا به وسیله زیر واحدهای پروتئینی پوشیده شده و به صورت ویریون کامل می آید. روش تکثیر DNA یک لا (ss) ویروس های ss DNA با تشکیل یک دایره غلتان که رشته های (-) چند طولی (multi meric) تولید می نماید تکثیر می یابد. این رشته های منفی به صورت قالب برای تولید رشته های چند طولی (+) عمل می کنند که سپس بریده می شوند تا تولید رشته های (+) یک طولی کنند.
بلافاصله بعد از آن که نوکلئیک اسید ویروسی تولید شود، قسمتی از آن ترجمه می شود یا به عبارت دیگر،سلول میزبان را تحریک به تولید مولکول های پروتئینی می کند که زیر واحدهای پروتئینی بوده و پوشش پروتئینی ویروس راتشکیل خواهند داد. علی ظاهر، فقط بخش کوچکی از رشته های RNA یا DNA ss برای شرک در تشیکل پروتئین ویروس ضروروی است. از آن جا که هر اسید آمینه در مولکول زیر واحد پروتئین به وسیله سه نوکلئوتید از RNA ویروسی کد می شود، برای TMV که RNA آن از 6400 نوکلئوتید تشکیل یافته (شکل 4-1) و پروتئین آن 158 اسید آمینه دارد فقط 474 نوکلئوتید لازم است تا موقعیت اسیدهای آمینه را در زیر واحد پروتئینی کد یا مشخص نماید.
سنتز پروتئین در سلول های سالم منوط به وجود اسید آمینه و همکاری ریبوزوم ها، RNA پیک (mRNA) و RNA انتقال (tRNA) است. هر tRNAمختص به یک اسید آمینه است که آن را به طرف و در امتداد mRNAانتقال می هد. mRNA که در هسته تولید شده انعکاس قسمتی از کد DNA است نوع پروتئینی که باید تولید شود، با کد نمودن ترتیب و تنظیم اسیدهای آمینه تعیین می کند. به نظر می رسد ریبوزوم ها در امتداد mRNAحرکت نموده و انرژی لازم برای متصل کردن اسیدهای آمینه ازقبل تنظیم شده برای تشکیل پروتئین را فراهم می نماید (شکل 6-1).
در سنتز پروتئین ویروسی، آن قسمت از RNA ویروس که برای پروتئین ویروس کد می کند، نقش mRNA را به عهده دارد. ویروس اسیدهای آمینه، ریبوزوم ها و tRNA میزبان را به کار می گیرد، اما خودش تبدیل به نقشه (blueprint) یا mRNAن می شود و پروتئین تشکیل شده صرفا برای مصرف ویروس به عنوان پوشش (شکل 7-1) یا عمل دیگر به کار می رود.
در طول سنتز ویروس، بخشی از نوکلئیک اسید آن هم درگیر سنتز پروتئین های دیگری به غیر از پروتئین پوششی ویروس می شود (شکل 4-1). برخی از این پروتئین ها آنزیم هستند، مثل رپلیکازها که برای تکثیر نوکلئیک اسید ویروس به کار می رود، اما نقش بیشتر این پروتئین ها هنوز نامعلوم است.
شکل 4-1
وقتی که نوکلئیک اسید ویروس و زیرواحدهای پروتئینی تولید شده اند، نوکلئیک اسید زیرواحدهای پروتئینی را به دور خود تنظیم کرده و این دو با هم جمع یا مونتاژ شده و ذره کامل ویروس، یعنی ویریون را به وجود می آورند.
محل یا محل هایی از سلول که در آن (ها) نوکلئیک اسید و پروتئین سنتز شده و محلی برای بیشتر ویروس های حاوی RNA و RNA ویروس بعد از آزاد شدن از پوشش پروتئینی،خود را در سیتوپلاسم تکثیر کرده و در همان جا به صورت mRNA عمل می نماید و با همکاری ریبوزوم ها و RNA های انتقال، زیرواحدهای پروتئینی ویروس تولید می کند.
تشکیل ویریون ها هم به دنبال آن در سیتوپلاسم رخ می دهد. در ویروس های دیگر، به عنوان مثال، در آن ها که DNA یک لا دارند، سنتز نوکلئیک اسید ویروسی و پروتئینی آن و هم چنین مونتاژ آن ها به صورت ویروین در داخل هسته انجام می گیرد و از آن جا ذرات ویروسی به داخل سیتوپلاسم آزاد می شوند.
اولین ویریونهای کامل حدودا 10 ساعت بعد از تلقیح گیاه در سلول ها پدید می آیند. پیکره های ویروس ممکن است به صورت انفرادی و یا گروهی باشند و ممکن است تشکیل اندامک های ویژه درون یاخته ای (Inclusion bodies) کریستالی و یا بی شکل در نقطه ای از سلول ( سیتوپلاسم، هسته) بدهند که در آن وجود دارند.
شکل 7-1
برای این که آلوده سازی و بیماری زایی یک ویروس در گیاه انجام شود، ویروس باید از یک سلول به سلول دیگر حرکت کرده و در بیشتر سلول هایی که وارد می شود، اگر چه نه درهمه، تکثیر یابد. در حرکاتشان از سلولی به سلول دیگر، ویروس ها ظاهرا باید از پلاسمودرزماها که سلول های مجاور را به هم وصل می کنندعبور کنند (شکل 8-1 ). مع هذا به نظر نمی رسد که ویروس ها از داخل سلول های پارانشیمی حرکت کنند، مگر این که سلول ها را آلوده کرده و در آن ها تکثیر یابند، لذا به تهاجم ممتد و مستقیم سلول به سلول منجر شوند. در سلول های پارانشیم برگی، ویروس حدودا یک میلی متر یا 8 – 10 سلول در روز حرکت می کند. اگر چه به نظر می رسد که حرکت برخی ویروس ها محدود به حرکت سلول به سلول و از داخل سلول های پارانشمی باشد، تعداد زیادی از ویروس ها شناخته شده اند که انتقالشان در مسافت طولانی و به سرعت و از طریق
شکل 8-1
آوندهای آبکشی صورت می گیرد. حرکت ویروس ها در آوند آبکشی ظاهرا در آوندهای غربالی است و می تواند با سرعت نسبتا زیادی انجام گیرد. به هر صورت،بیشتر ویروس ها به 2-5 روز وقت نیازمندند تا باز یک برگ تلقیح شده خارج شوند. بعد از آن که ویروس وارد آوند آبکشی شد، در آن جا به سرعت حرکت کرده و به طرف نواحی در حال رشد (مریستم های انتهایی) یا به سوی نواحی مصرف مواد غذایی در گیاه از قبیل غده و ریزوم ها پیش می رود (شکل 9-1). به عنوان مثال، هنگامی که ویروس سیب زمینی به داخل برگ های پایینی گیاهان سیب زمینی جوان تلقیح می شود، به سرعت در طول ساقه به طرف بالا حرکت می کند، اما اگر گیاهانی که غده داده اند،به همین نحو تلقیح شوند، ویروس برای مدتی بیش از 30 روز به طرف بالا حرکت نخواهد کرد در حالی که به طرف پایین به داخل غده ها حرکت می کند. بعد از آن که ویروس در آوندهای آبکشی قرار بگیرد، به طور سیستماتیک در تمامی گیاه پخش شده و مجددا از طریق پلاسمودزماها وارد سلول های پارانشیم مجاور به آوند ای آبکشی می شود.
شکل 9-1
انتشار ویروس ها در داخل گیاهان به نوع ویروس و نوع گیاه متغیر است. تصور می شود که ایجاد علایم لکه های موضعی در گیاهان نشانه متمرکز شدن ویروس در داخل ناحیه لکه موضعی باشد (شکل10-1). اگر چه این موضوع در برخی موارد صحت داشته باشد، در برخی بیماری ها لکه ها وسعت یافته و گاه ایجاد علایم سیستمیک بیماری را به دنبال دارد که این نشان می دهد ویروس به انتشار خود به خارج از حاشیه لکه ها ادامه داده است.
شکل 10-1
در آلودگی های سیستمیک، برخی از ویروس هایی که در آوندهای آبکشی حرکت می کنند، به نظر می رسد که به این آوندهای آبکشی و تعدادی سلول پارانشیمی مجاور محدود هستند. این ها شامل بیماری هایی از قبیل پیچیدگی برگ سیب زمینی و کوتولگی زرد غلات می شود. ویروس های مولد موزاییک عموما محدودیت بافتی ندارند. با وجود این شیوه های تمرکزشان ممکن است تفاوت داشته باشد. سلول های گیاهی آلوده به موزاییک به طوری که تخمین زده شده است بین صد هزار تا ده میلیون پیکره ویروس در هر سلول دارند. انتشار سیستمیک برخی از ویروس ها کاملا فراگیر است و ممکن اصت تمامی سلول های زنده گیاه را در برگیرد. مع هذا به نظر می رسد که ویروس های دیگر، بخش هایی از بافت ها را جای گذارند و فاصله هایی را ایجاد کنند که عاری از ویروس باشد. برخی ویروس ها تقریبا به فوریت به بافت های مریستمی انتهایی که به تازگی تشکیل شده باشند حمله می کنند، در حالی که درموارد دیگر نقاط رشد ساقه ها و ریشه های گیاهان آلوده ظاهرا عاری از ویروس باقی می ماند.
معمول ترین و گاه تنها علامت آلودگی ویروسی، کاهش میزان رشد گیاه است که به درجات مختلفی از کوتولگی و کمبود رشد در تمام گیاه منجر می شود. تقریبا تمامی بیماری های ویروسی به نظر می رسد ه به درجات مختلف باعث کاهش محصول شده و طول عمر گیاهان آلوده به ویروس معمولا کاهش می یابد. این اثرات ممکن است شدید و قابل توجه بوده و یا این که بسیار جزیی باشند و به آسانی از نظر بگذرند.
واضح ترین علایم گیاهان آلوده به ویروس معمولا علایمی هستند که روی برگ ها ظاهر می شوند. اما برخی ویروس ها علایم چشمگیر و مشخصه ای روی ساقه، میوه و ریشه ها تولید می کنند. در حالی که برگ ها ممکن است دارای علایم باشند یا نباشند (شکلA و B 11-1 ).تقریبا در تمام بیماری های ویروسی در شرایط مزرعه، ویروس در سراسر گیاه موجود است (آلودگی سیستمیک) و علایمی که به وجود می آید، علایم سیستمیک خوانده می شود. در بسیاری از گیاهان که به صورت مصنوعی با برخی ویروس ها تلقیح شده باشند و اختمالا در برخی آلودگی طبیعی، ویروس باعث تشکیل لکه های کوچک مرده (معمولا نکروتیک) فقط در نقاط ورود نموده (آلودگی های موضعی) و علایم "لکه های موضعی" خوانده می شوند. بسیاری ویروس ها ممکن است برخی میزبان ها را آلوده کنند، بدون آن که هرگز تولید علایم قابل دید روی آن ها بنمایند. چنین ویروس هایی معمولا ویروس های پنهان (latent) و میزبان های آن ها " حاملان بی علایم" خوانده می شوند. در مواردی دیگر، گیاهانی که معمولا بعد از ابتلا به یک بیماری ویروسی معین تولید علایم می کنند، ممکن است موقتا تحت برخی شرایط محیطی (مثلا گرما یا سرما) بدون علایم باقی بمانند که در آن صورت علایم مستتر (masked) می نامند. بالاخره گیاهان ممکن است بعد از تلقیح علایم حاد یا شدید از خود بروز دهند به طوری ه منجر به مرگ آن ها شود. مع هذا اگر گیاه مرحله شوک اولیه را تحمل نماید، علایم در آن هسمت های گیاه که بعدا رشد می کنند، شروع به کم شدن نموده (علایم مزمن) و نهایتا به ببهودی نسبی یا کامل گیاه منجر می گردد. از طرف دیگر علایم ممکن است به تدریج افزیاش یافته و شدید تر شوند که در آن صورت ممکن است به زوال (decline) سریع یا تدریجی منجر گردد.
معمول ترین انواع علایم در گیاهان که در اثر آلودگی های سیستمیک ویروسی تولید می شود موزائیکا (mosaics) و لکه حلقوی ها (ringspots) هستند.
موزائیک ها به وسیله نواحی سبز روشن زرد یا سفید مخلوط شده با سبزی عادی برگ ها و میوه و یا نواحی مایل به سفید مخلوط شده با ر نگ نرمال گل ها و میوه شناسایی می شوند؛ بسته به شدت یا طرح تغییرات رنگ ها، علایم نوع موزائیک ممکن است تحت نام هایی از قبیل پیسه ای (mottle)، رگه ای (streak)، طرح حلقوی ،طرح خطی، رگبرگ روشنی(veinclearing) ، رگ برگ نواری (veinbanding) یا لکه کلروتیک (chorotic spotting) توصیف شوند.
لکه حلقوی ها با وجود حلقه های زرد کلروتیک(chlootic) یا مرده (necrotic) روی برگ ها و گاهی نیز روی میوه و ساقه مشخص می شوند. در بسیاری از بیماری هایلکه حلقوی، علایم ولی نه ویروس،بعد از ظاهر شدن به تدریج ناپدید می شوند،تا این که تحت شرایطجوی مقتضی دوباره ظاهر شوند.
تعداد زیاد دیگری از علایم ویروسی کمتر معمول نیز توصیف شده اند (شکل 11-1)، که بعضا عبارتند از stunt به معنی کوتاه و چاق (tomato bushy stunt) dwarf یا کوتولگی leaf roll (barley yellow dwarf) یا برگ قاشقیyellows (potato leaf roll) یا زردی، streak (beet yellows) مخطط یا رگه ای pox,(tobacco streak) یا آبله enation ,(pium pox) یا توته ای، (pea enation mosaic) اضافه رشد یافت، tumor یا غده pitting ,(wound tumor) یا فرو رفتگی ساقه (stony pit, (apple stem pitting) یا فرورفتگی سفت(pear stony pit) و پهن یا کتابی شدن (apple flat limb). این علایم ممکن است توام با علام دیگری ر دیگر قسمت های گیاه باشند.
ویروس های گیاهی هیچ گونه آنزیم، مواد سمی یا دیگر موادی را که تصور می رود در بیماری زایی دیگرپاتوژن ها دخیل باشد، ندارند و با وجود این انواع علایم بیماری را در
شکل11-1
گیاهان ایجاد می کنند؛ به نظر می رسد که نوکلئیک اسید ویروس (RNA یا DNA) تنها ترتیب دهنده بیماری است؛ اما وجود محض نوکلئیک اسید ویروسی یا ویروس کامل در گیاه، حتی در مقادیر بسیار زیاد، به نظر نمی رسد که دلیل کافی برای ایجاد مجموعه علایم ( سیندرم) بیماری باشد؛ چون که برخی از گیاهان حتی با داشتن غلت ویروس خیلی بیشماری از گیاهان دیگر، ممکن است علایم ظاهری خفیف تری داشته و یا حتی علامت نداشته باشند؛ این نشان می دهد که بیماری های ویروسی گیاهان در درجه اول به دلیل تحلیل یا کاسته شدن مواد غذایی که برای سنتز خود ویروس به کار رفته نبوده، بلکه به علت دیگر اثرات غیر مستقیم ویروس در متابولیسم میزبان هستند. این اثرات احتمالا به وسیله پروتئین های جدیدی به وجود می آید که در اثر تحریکات ویروس به وسیله میزبان ساخته شده و بعضا جزو مواد فعال بیولوژیکی (آنزیم ها، توکسین ها، هورمون ها و امثال آن ها) بوده و قادر هستند در متابولیسم عادی میزبان دخالت کنند.
ویروس ها به طور کلی با کاهش میزان کلوفیل، تقلیل راندمان کلروفیل و کاهش سطح برگ باعث کاهش عملیات فتوسنتز می شوند؛ ویروس معمولا میزان مواد تنظیم رشد (هورمون ها) در گیاه را تقلیل می دهند، که این عمل غالبا با تحریک گیاه به تولید مواد کند کننده رشد صورت می گیرد؛ کاهش ازت محلول در بیماری های ویروسی گیاهان در دوره سنتز سریع ویروس تا حدودی امری عادی است و در بیماری های موزائیکی کاهش یا کمبود مزمن میزان کربوهیدرات ها در بافت های گیاهی به چشم می خورد.
تنفس گیاهان بعد از ابتلا به مرض ویروسی بلافاصله بالا می رود؛ اما بعد از افزایش اولیه تنفس گیاهان آلوده با برخی ویروس ها بالا باقی می ماند، در حالی که با برخی دیگر از ویروس ها کاهش یافته و از سطح نرمال پایین تر می رود و با برخی از ویروس ها هم به حد نرمال بر می گردد.
به نظر می رسد مقدار ترکیبات ازته غیر ویروسی در گیاهان بیمار که عموما کمتر از میزان ترکیبات مزبور در گیاهان سالم باشد که احتمالا به دلیل این است که ازت زیادی به مصرف ساخت ویروس می رسد که در برخی بیماری های ویروسی یا در برخی سیستم های ویروس - میزبات 33 تا 65% کل ازت را در بر می گیرد؛ در صورتی که ازت زیادی برای تغذیه گیاه فراهم شود، میزان کل ازت گیاه بیمار، خصوصا بعد از تکمیل فاز سنتز سریع ویروس، بیشتر از کل ازت گیاه سالم خواهد بود.
بنابراین به نظر می رسد که بسیاری از سیستم های عملیاتی گیاه مستقیما یا به طور غیر مستقیم تحت تاثیر ویروس قرار می گیرند، برخی از تغییرات متابولیکی کلا و یا تا حد معینی ممکن است برای گیاهان قابل تحمل بوده و هیچ گونه علایمی از خود بروز ندهند؛ در حالی که برخی دیگر از تغییرات متابولیک ممکن است اثرات مخربی در گیاه ایجاد کرده و در به وجود آمدن علایم بیماری کمک کنند. اثرات ویروس روی ترکیبات ازته، روی مواد تنظمی کننده رشد و روی مواد فنلی همیشه به عنوان علل فوری انواع علایم مورد توجه بوده اند، چون مواد ازته و هورمون ها با هر چیزی که مربوط به رشد و تفکیک در گیاه باشد به میزان فوق العاده ای در ارتباط بوده و مواد فنلی اکسید شده هم به دلیل سمی بودنشان مسئول ایجاد برخی از علایم نکروتیک هستند.
خارج شدن ویروس های گیاهی از گیاه به خودی خود صورت نمی گیرد و یا به ندرت چنین عملی انجام می پذیرد؛ به همین دلیل ویروس ها به صورتی که هستند با باد و آب منتشر نمی شوند؛ حتی هنگامی که همراه با شیره و یا با بقایای گیاهی جا به جا شوند، عموما تولید آلودگی نمی کنند؛ مگر این که با محتویات سلول زنده زخمی شده تماس حاصل کنند؛ انتقال ویروس ها در هر حال، از گیاهی به گیاه دیگر به روش های چندی انجام می گیرد که از آن جمله اند: تکثیر غیر جنسی یا رویشی، انتقال مکانیکی از طریق شیره گیاه و به وسیله بذر، دانه گرده، حشرات، کنه ها، نماتدها، سس و قارچ ها. برخی از روش های انتقال ویروس ( مثلا از طریق تکثیر غیر جنسی و از طریق بذر) عمدتا در انتقال ویروس ها از یک نسل گیاه به نسل دیگر اهمیت دارند ولی هیچ نقشی در انتشار ویروس از گیاهان مریض به گیاهان سالم همان نسل ندارند. این روش های انتقال به خودی خود یا به تنهای فقط باعث ایجاد آلودگی اولیه گیاهان، لذا تولید بیماری های یک چرخه ای می شوند، از طرف دیگر سایر روش های انتقال ویروس، به خصوص روش هایی که با ناقلینی از قبیل حشرات ارتباط دارند، نه تنها ویروس را وارد یک گیاه یا محصولی می کنند (آلودگی اولیه)، بلکه باعث انتقال ویروس از گیاهان آلوده به سالم همان نسل گیاه و طی همان فصل زراعی نیز می شوند ( آلودگی ثانویه)؛ سرعت انتشار ثانوی ویروس ها متغیر است و با افزایش جمعیت ناقل افزایش می یابد و ضمنا تحت شرایطی قرار می گیرد که بر حرکت ناقلان تاثیر دارد؛ بیماری های ویروسی که به وسیله ناقلان منتشر می شوند چند چرخه ای هستند و تعداد چرخه های بیماری در هر فصل ممکن است اندک (2 تا 5 چرجه ای در ویروس های منتقل شونده به وسیله نماتدها) و یا زیاد (10 تا 20 چرخه و یا بیشتر برای ویروس هایی که با شته ها منتشر می شوند )باشند؛ البته هنگامی که ویروس ها هم با تکثیر غیر حنسی یا به وسیله بذر منتشر می شوند و هم به وسیله ناقلان انتشار می یابند، موجودیت هر دو ( مایه تلقیح اولیه زیاد در گیاهان و انتشار بسیار موثر ثانویه به وسیله ناقلین) اغلب بروز آلودگی اولیه و کامل گیاهان و خسارات شدید بعدی به وقوع می پیوندد.