عملکرد جدید آنزیم پلیمراز در خانواده Partitiviridae
کد مقاله : 1254-24IPPC (R2)
نویسندگان
1Pennsylvania State University
2New England Biolabs
چکیده
آلودگی به ویروس‌های پایا (persistent viruses) در اغلب گیاهان وجود داشته و از طریق بذر به نسل‌های متعدد منتقل می‌گردد. بیشتر ویروس‌های پایا دارای ژنوم dsRNA بوده و قادر به آلوده کردن گیاهان و قارچ‌ها می‌باشند. در تمامی ویروس‌های شناخته شده با ژنوم dsRNA، آنزیم RdRp درون پیکره ویروس قرار دارد و مسئول ترانویسی و همانندسازی ژنوم ویروس است. این آنزیم برای بقای ویروس، نه فقط به علت دخیل بودن در فرایند همانندسازی بلکه به علت نقش آن در تکامل، حیاتی است. اعضای خانواده Partitiviridae از گروه ویروس‌های پایا، به طور عمده ژنوم دو بخشی دارند و قادر به آلوده کردن گیاهان، قارچ‌ها و اوومیست‌ها هستند. آنزیم RdRp در این گروه از ویروس‌ها دارای نواحی حفاظت شده مرتبط با آنزیم‌های ترانویسی معکوس است. در این تحقیق پیکره‌های خالص شده ویروس Pepper cryptic virus 1 (PCV1)، پروتئین PCV1-RdRp بیان شده در محیط خارج سلولی با استفاده از کیت PURExpress و همچنین پروتئین نوترکیب RdRp بیان شده و خالص شده در E. coli مرتبط با PCV1 و هشت گونه ویروسی دیگر از خانواده Partitiviridae در آزمون RT-PCR به عنوان آنزیم ترانویسی معکوس مورد استفاده قرار گرفتند. با توجه به نتایج آزمون RT-PCR، پروتئین RdRp موجود در پیکره‌های ویروسی، پروتئین RdRp بیان شده در محیط خارج سلولی و همچنین پروتئین نوترکیب RdRp بیان شده و خالص شده در محیط سلولی، علاوه بر دخیل بودن در همانندسازی ویروس، دارای فعالیت منحصر به فرد ترانویسی معکوس می‌باشند. نتایج به دست آمده نشان می‌دهند که، ۱) RdRp ویروس‌های خانواده Partitiviridae قادر به سنتز DNA از روی الگوی dsRNA همولوگ و هترولوگ می باشند؛ ۲) آنها می‌توانند از ssRNA و dsRNA به عنوان الگو استفاده نمایند؛ ۳) آنها در دمایی پایین‌تر در مقایسه با آنزیم‌های تجاری ترانویسی معکوس فعال هستند. نتایج به دست آمده از این نظر حائز اهمیت هستند که هیچ دلیل روشنی وجود ندارد که چرا ویروس‌هایی با ژنوم dsRNA دارای پلیمرازی با عملکرد ترانویسی معکوس هستند و توضیح این فعالیت غیر معمول و جدید در چرخه زندگی ویروس به سادگی امکان پذیر نمی‌باشد. لازم به ذکر است که در این تحقیق، RdRp ویروس Poliovirus (3Dpol) هیچ گونه عملکرد ترانویسی معکوس نشان نداد. با توجه به این یافته‌ها ما یک مدل تکاملی جدید احتمالی برای ویروس‌هایی با ژنوم RNA ارائه نمودیم که در آن RdRp از ویروس‌هایی با ژنوم dsRNA می‌توانند جد مشترک سایر RdRpها باشند.
کلیدواژه ها
Title
Novel Aspects of the Polymerases in the Family Partitiviridae
Authors
Abstract
Plants are frequently infected with persistent viruses that are maintained via seed transmission for many generations. Most of these viruses have double-stranded (ds) RNA genomes and infect both plants and fungi. The polymerase protein of all known dsRNA viruses is located within a complex viral particle that is responsible for transcription and replication of the viral genome and is crucial to virus survival not only through replication but also because of genome variability and evolution. The Partitiviridae family includes virus isolates with bipartite genomes, and infect diverse array of plants, fungi and oomycetes. The RNA-dependent RNA polymerases (RdRps) of these and related dsRNA viruses have conserved domains related to reverse transcriptase. In this study, the purified virions of Pepper cryptic virus 1 (PCV1), in vitro translated PCV1 RdRp protein using PURExpress kit, and recombinant RdRp proteins, expressed in E. coli, of PCV1 and other eight partitiviruses were used as the polymerase source in PCR-based RT reaction. Through RT-PCR assay, we determined that virions, in vitro translated RdRp proteins, and purified recombinant RdRp proteins of partitiviruses have unique reverse transcriptase function as well as RNA polymerase function. The results indicated that (1) partitivirus RdRps synthesize DNA from homologous and heterologous dsRNA templates; (2) they deploy both ssRNA and dsRNA as templates; (3) they are active at lower temperatures compared to commercial RT enzymes. This finding is surprising because there is no apparent reason for dsRNA viruses to have a polymerase with RT function and this novel activity cannot easily be explained in the virus life cycle. It is also worthwhile to point out that 3Dpol, polymerase of poliovirus, does not show any RT activity. The findings of this study lead us to propose a new evolutionary model for RNA viruses in which the RdRp of dsRNA viruses could be the ancestor of all RdRps.
Keywords
Evolution, dsRNA, persistent viruses, RdRp, Reverse transcription