Struktura a organizace viru Šarky švestek

Mgr. Martin Polák, Ph.D.

Doctoral thesis

Structure and organization of Plum Pox Virus

Abstract:

Potato virus X (PVX), Potato virus Y (PVY) a Plum pox virus (PPV) jsou vláknité viry s pozitivní jednovláknovou RNA (ssRNA) a významné rostlinné patogeny. Plum pox virus a Potato virus Y jsou členy čeledi Potyviridae, která obsahuje více než 30 % všech známých rostlinných virů. Nemoc šarka způsobená virem Plum Pox je jednou z nejvýznamnějších chorob peckovin rodu Prunus. Přestože tyto viry nejsou pro člověka přímo nebezpečné, způsobují každoročně velké hospodářské a zemědělské ztráty. Bramborový virus Y je považován za celosvětově nejvýznamnější virový patogen brambor. Infekce způsobuje snížení výnosů a nekrotické kroužky na hlízách brambor. Rostliny infikované virem PVX často nevykazují žádné příznaky, ale tento virus může ve vzájemné interakci s virem PVY způsobit závažnější příznaky a ztráty výnosů než kterýkoli z obou virů samostatně. Tato práce představuje strukturní analýzu PPV, PVY a PVX pomocí kryo-elektronové mikroskopie. Virion se skládá především z obalového proteinu, který se sám sestavuje kolem virové RNA do šroubovicové struktury. Obalový protein je dále rozdělen na tři domény, z nichž každá hraje odlišnou roli ve stabilitě filamentů. Významným faktorem je v této souvislosti také strukturní vliv samotné RNA, neboť každý plášťový protein váže pět nukleotidů virového genomu. PPV a PVY vykazují jedinečnou schopnost samosestavení i za nepřítomnosti RNA, což vede k tvorbě částic podobných viru (VLP). Při samovolném vzniku VLP tvoří plášťový protein PVY dominantně vlákno sestavené z na sebe nasedajících prstenců obalového proteinu, zatímco VLP PPV se organizují do šroubovicových vláken strukturně podobných viru.

Abstract:

Potato virus X (PVX), Potato virus Y (PVY) and Plum pox virus (PPV) are positive-sense single-stranded RNA (ssRNA) filamentous viruses and important plant pathogens. Plum pox virus and Potato virus Y are members of the Potyviridae family, which contains more than 30% of all known plant viruses. Sharka disease, caused by Plum Pox virus, is one of the most important diseases of stone fruit trees from the genus Prunus. Although these viruses are not directly dangerous to humans, they annually cause large economic and agriculture losses. Potato virus Y is considered the most important viral pathogen of potato worldwide. Infection causes reduced crop yields and potato tuber necrotic ringspot disease. Plants infected with PVX often do not exhibit symptoms, but it can interact with PVY to cause more severe symptoms and yield loss than either virus alone. This thesis presents a structural analysis of PPV, PVY, and PVX using cryo-electron microscopy. The virion is primarily composed of a coat protein that self-assembles around the viral RNA into a helical structure. The coat protein is further divided into three domains, each playing distinct roles in the filament's stability. The structural influence of RNA itself is also a significant factor in this context as each coat protein binds five nucleotides of the viral genome. Notably, PPV and PVY demonstrate the unique capability of self-assembly even in the absence of RNA, resulting in the formation of virus-like particles (VLPs). When self-assembling into VLPs, the PVY coat protein forms predominantly stacks of eight coat protein rings, whereas PPV VLPs organize into helical filaments structurally similar to the virus.

Keywords

virus Šarky, helikální viry, virové částice, cryo-electron microscopy, RNA

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 2. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 25. 6. 2024
• Supervisor: Mgr. Jiří Nováček, Ph.D.
• Reader: RNDr. Roman Kouřil, Ph.D., Prof. Mikel Valle

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biomolecular chemistry and bioinformatics / Biomolecular chemistry and bioinformatics