第四章 植 物 病 毒一、一、概况概况 二、二、定义定义 三、三、植物病毒的形态、结构和成分植物病毒的形态、结构和成分 四、四、植物病毒的复制和增殖植物病毒的复制和增殖 五、五、植物病毒的传播和移动植物病毒的传播和移动 六、六、 植物病毒的分类与命名植物病毒的分类与命名 七、七、 重要的植物病毒属及典型种重要的植物病毒属及典型种 八、八、病毒病害的诊断病毒病害的诊断 九、植物类病毒九、植物类病毒病毒发现的历史Ivnowsky (1892): TMVBeijerinck (1898)： ‘ filterable virus’Loeffler（1898）口蹄疫病毒Towort（1915）噬菌体病毒的发现1886年，德国农业化学家 迈尔在荷兰 的接种试验(烟草花叶病是一种传染性疾病)1892年，俄罗斯 伊万诺夫斯基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 斯坦莱烟草花叶病毒结晶按它们寄主的不同，病毒分为:寄生植物的植物病毒(PIant virus)、 寄生动物的动物病毒(Animal virus) 医学病毒（人类病毒）； 真菌病毒 寄生细菌的噬菌体(细菌病毒bacteriophage） 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 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（大麦黄矮病毒病、椰子死亡类病 毒）非典型肺炎”元凶冠状病毒一、艾滋病毒（一）形态：圆球形 （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疯牛病HIV艾滋病毒T淋巴细胞中的爱滋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 ▲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） 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• 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1634-1637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 环保功能对人类的不利作用：经济昆虫(蜂、蚕)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 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 显微镜。
度量病毒大小的尺度为纳米(nm)病毒与其它病原生物大小比 较病毒与其它生物大小比较一、植物病毒的形态植物病毒的基本形态为粒体(virion, virus particle)，大 部分病毒的粒体为球状、杆状和线状，少数为弹状、杆菌 状和双联体状等球状病毒：直径大多在20～35nm，少数可以达到70 ～80nm；球状病毒也称为多面体病毒或二十面体（ icosahedral particle)病毒大约一半左右的植物 病毒科、属是属于这种形态• 杆状病毒多为20～80nm×100～250nm，两端 平齐；杆状病毒粒体刚直； • 线状病毒多为 11～13nm×750nm，个别可以 达到2000nm以上，粒体有不同程度的弯曲二、植物病毒的结构• 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• 绝大多数病毒粒体都只是 由核酸和蛋白衣壳(capsid) 组成，但植物弹状病毒 (PIant rhabdovirus)粒体外 面有囊膜(envelope)包被三、植物病毒的组分 （一）蛋白质 1 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 链经过三维折叠形成衣壳的基本结构单位，称作蛋 白亚基（subunit，也称结构亚基)。
多个蛋白亚基 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， 多数壳基构成衣壳，起到保护核酸链的作用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 结构 • 螺旋对称型结构：杆状病毒的结构，TMV为代表蛋白亚基呈 螺旋状排列，镶嵌在 RNA螺旋链上，一个亚基和三个核苷酸相结 合 • 等面体对称形结构：球形病毒的结构壳基有规则地结合、分 布在二十个正三角形组成的面上；壳基经常由5、6、2、3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2 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 很少，按照其功能可分为结构蛋白和非结构蛋 白 • 结构蛋白：主要是衣壳蛋白(coat protein， 缩写为 CP)和囊膜蛋白 • 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 要的功能蛋白等二）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DNA，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4~7个基因，分子量从0.4×106d到15.5×106d，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4~7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（黄瓜花叶病毒），PVY（马铃薯 Y病毒 ）；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3、病毒的多分体现象单分体病毒整个遗传信息存在于一条核酸链上、包被在一种粒体中的病 毒，如常见的烟草花叶病毒属(Tobamovirus)、马铃薯 X病毒 属(Potxvirus)和马铃薯 Y病毒属(Potyvirus). 双分体病毒遗传信息为双组分基因组包被在两种粒体里的病毒，如烟草 脆裂病毒属(Tobravirus)和蠕传病毒属(Nepovirus). 三分体病毒核酸包被在三种粒体中的病毒如黄瓜花叶病毒属（ Cucumovirus）和苜蓿花叶病毒(AMV)，它们均有四条核酸链 ，但被包装在三种或四种粒体中基因组分离和多分体病毒的产生对植物病毒的遗传及进化 有重要的作用。
4 卫星RNA • 在某些多分体病毒中发现了小分子量的RNA，其 与病毒RNA没有同源性，单独不能侵染，要依赖病 毒的核酸才能侵染和增殖，这种核酸称为卫星RNA （satellite RNA，sRNA），其依赖的病毒称为辅助 病毒 • 卫星 RNA与辅助病毒包被在同一衣壳内，并能够 抑制辅助病毒的复制，降低其浓度并改变其致病力 ，利用 sRNA与病毒的关系，可进行生物防治及基 因工程育种研究三）其它组分 • 除蛋白和核酸外，植物病毒含有的最大量的其它 组分是水分碳水化合物主要发现在植物弹状病毒 科病毒中，以糖蛋白或脂类的形式存在于病毒的囊 膜中 • 某些病毒粒体含多胺，主要是精胺和亚精胺，它 们与核酸上的磷酸基团相互作用，为稳定折叠的核 酸分子 • 金属离子也是许多病毒必须的，主要有钙离子、 钠离子和镁离子这些金属离子与衣壳蛋白亚基上 的离子结合位点作用，稳定衣完蛋白与核酸的结合 第二节 植物病毒的复制和增殖病毒在活细胞内增殖需要进行： 核酸的复制和核酸信息的表达一、病毒基因组的复制 • 大部分植物病毒的核酸复制仍然是由 RNA复制 RNA二、植物病毒基因组信息的表达病毒基因组信息的表达的不同点主要在于:基因组转录mRNA具有多种形式mRNA翻译蛋白有多种策略。
一）病毒核酸的转录 • ＋ssRNA病毒的核酸可以直接作为 mRNA使用，称 为单义RNA • —ssRNA病毒，病毒负链核酸需先转录为正链核酸 （mRNA)转录过程中所必须的复制酶是由病毒进入 时随病毒粒体带进去的所以这些病毒的精提纯核 酸不能完成复制的过程 • dsRNA病毒，核酸链的部分可以作为mRNA使用；另 外的部分则需要转录一次才能使用这种类型的核 酸 称为双义RNA（ambisense RNA) • DNA病毒(ssDNA病毒和dsDAN病毒)需要寄主的转录 酶转录 mRNA单链DNA病毒另一种特殊类型双链DNA病毒负单链RNA病毒正单链RNA病毒双链RNA病毒（二）植物病毒核酸的表达 • 由于真核生物体内的蛋白质合成机构仅仅识别病 毒＋RNA上的第一个开放阅读框架(open reading frame，ORF)，同一核酸链上其它基因的表达则要借 助病毒的特殊翻译策略 • 现在发现十ssRNA病毒基因组在真核生物蛋白合成 系统中有五种翻译策略：1.亚基因组RNAs策略: 2.多聚蛋白策略 3.多体基因组策略4.通读蛋白(read—through)策略 5.核糖体移码(transframe)策略 +ssRNA病毒基因组五种翻译策略：1．亚基。