VIRUS THỰC VẬT, PHYTOPLASMA VÀ VIROID

Chia sẻ: Hoang Tung Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:217

Thêm vào BST

Báo xấu

580
lượt xem 184
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong nhân, phân tử DNA sợi vòng đơn (bộ gen có mặt trong phân tử virus) đƣợc tổng hợp thành thành phân tử DNA vòng kép. Quá trình khởi đầu tổng hợp sợi kép vẫn chƣa đƣợc hiểu rõ. Nhƣ vậy sợi kép sẽ gồm một sợi virus và một sợi đối virus. Trên sợi kép này, các gen đƣợc phiên mã (trên cả 2 sợi đối với geminivirus) để tạo các mRNA. Các mRNA đƣợc vận chuyển ra tế bào chất và dịch mã để tạo ra các protein virus, trong đó có Rep/Master Rep. Nhƣ vậy, quá trình...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: VIRUS THỰC VẬT, PHYTOPLASMA VÀ VIROID

VIRUS THỰC VẬT, PHYTOPLASMA VÀ VIROID
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA NÔNG HỌC VIRUS THỰC VẬT, PHYTOPLASMA VÀ VIROID (Bài giảng) Biên soạn TS. Hà Viết Cƣờng Hà Nội, 2010 1
MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................................................................................... 2 LỜI NÓI ĐẦU .............................................................................................................................................................. 6 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................................................................................... 7 DANH SÁCH BẢNG .................................................................................................................................................... 8 DANH SÁCH HÌNH ..................................................................................................................................................... 9 PHẦN I: ĐẠI CƢƠNG ................................................................................................................................................12 CHUƠNG 1. GIỚI THIỆU ......................................................................................................................................13 TÓM TẮT NỘI DUNG..................................................................................................................................13 1.1 LỊCH SỬ VIRUS ...........................................................................................................................................13 1.2 CÁC CỘT MỐC LỊCH SỬ QUAN TRỌNG KHÁC .......................................................................................14 1.3 THUÂT NGỮ VIRUS ...................................................................................................................................15 1.4 ĐỊNH NGHĨA VIRUS ...................................................................................................................................15 1.5 NGUỒN GỐC VIRUS ...................................................................................................................................16 1.6 TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIRUS THỰC VẬT...........................................................................................17 1.7 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 1....................................................................................................................18 1.8 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .................................................................................................................18 1.9 CHƢƠNG 2. PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP ........................................................................................................19 TÓM TẮT NỘI DUNG..................................................................................................................................19 2.1 PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP .....................................................................................................................19 2.2 LịCH SỬ DANH PHÁP VÀ PHÂN LOẠI VIRUS .........................................................................................19 2.3 ỦY BAN PHÂN LOẠI VIRUS QUỐC TẾ (ICTV) .........................................................................................20 2.4 DANH PHÁP VIRUS HIỆN TẠI THEO ICTV ..............................................................................................22 2.5 PHÂN BIỆT VIRUS VÀ LOÀI VIRUS .........................................................................................................23 2.6 KHÁI NIỆM LOÀI VIRUS ............................................................................................................................23 2.7 CÁC CHỈ TIÊU PHÂN LOẠI VIRUS ............................................................................................................24 2.8 HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VIRUS HIỆN TẠI THEO ICTV............................................................................26 2.9 HỆ THỐNG PHÂN LOẠI VIRUS THEO BALTIMORE...........................................................................28 2.10 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 2...............................................................................................................29 2.11 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH ............................................................................................................29 2.12 CHƢƠNG 3. HÌNH THÁI VÀ CẤU TRÚC VIRUS ..............................................................................................31 TÓM TẮT NỘI DUNG..................................................................................................................................31 3.1 MỘT SỐ THUẬT NGỮ.................................................................................................................................31 3.2 3.3 HÌNH THÁI VIRUS ......................................................................................................................................31 VIRUS TRẦN VÀ VIRUS CÓ VỎ BỌC .......................................................................................................31 3.4 CẤU TRÖC PHÂN TỬ VIRUS .....................................................................................................................33 3.5 CẤU TRÖC DẠNG KHỐI ĐA DIỆN ĐỐI XỨNG (ICOSAHEDRON) ..........................................................33 3.6 CÁC PHÂN TỬ VỚI KHỐI ĐA DIỆN ĐỐI XỨNG DÀI ...............................................................................36 3.7 CẤU TRÖC ĐỐI XỨNG XOẮN ...................................................................................................................36 3.8 CẤU TRÖC KHÔNG ĐỐI XỨNG (PHỨC TẠP) ...........................................................................................37 3.9 THÀNH PHẦN CẤU TẠO CỦA PHÂN TỬ VIRUS ................................................................................38 3.10 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 3...............................................................................................................39 3.11 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH ...........................................................................................................39 3.12 CHƢƠNG 4. TÁI SINH VIRUS (REPLICATION) .................................................................................................40 TÓM TẮT NỘI DUNG..................................................................................................................................40 4.1 KHÁI NIỆM ..................................................................................................................................................40 4.2 ĐẶC ĐIỂM TÁI SINH VIRUS ......................................................................................................................40 4.3 TÁI SINH CỦA CÁC VIRUS CÓ BỘ GEN RNA SỢI (+)..............................................................................40 4.4 TÁI SINH CỦA CÁC VIRUS CÓ BỘ GEN RNA SỢI (-) ..............................................................................44 4.5 TÁI SINH CỦA VIRUS RNA SỢI KÉP .........................................................................................................45 4.6 TÁI SINH CỦA VIRUS RNA QUA PHIÊN MÃ NGƢỢC (RETROVIRUS) ..................................................47 4.7 TÁI SINH CỦA VIRUS DNA SỢI VÕNG ĐƠN ............................................................................................50 4.8 TÁI SINH CỦA VIRUS DNA SỢI VÕNG KÉP PHIÊN MÃ NGƢỢC (PARARETROVIRUS) ......................51 4.9 CÁC CHIẾN LƢỢC DỊCH MÃ CỦA VIRUS THỰC VÂT .......................................................................53 4.10 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 4...............................................................................................................58 4.11 2
TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH ............................................................................................................58 4.12 CHƢƠNG 5. SỰ DI CHUYỂN CỦA VIRUS TRONG CÂY ..................................................................................60 TÓM TẮT NỘI DUNG..................................................................................................................................60 5.1 DI CHUYỂN GIỮA CÁC TẾ BÀO................................................................................................................60 5.2 DI CHUYỂN HỆ THỐNG QUA KHOẢNG CÁCH XA .................................................................................62 5.3 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 5....................................................................................................................63 5.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .................................................................................................................63 5.5 CHƢƠNG 6. CƠ CHẾ GÂY BỆNH CỦA VIRUS THỰC VẬT.............................................................................64 TÓM TẮT NỘI DUNG..................................................................................................................................64 6.1 TRIỆU CHỨNG BỆNH VIRUS .....................................................................................................................64 6.2 HAI MÔ HÌNH GIẢI THÍCH CƠ CHẾ GÂY BỆNH CỦA VIRUS.................................................................65 6.3 CÁC CƠ CHẾ GÂY BỆNH CỦA VIRUS ......................................................................................................66 6.4 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 6....................................................................................................................68 6.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .................................................................................................................68 6.6 CHƢƠNG 7. LAN TRUYỀN CỦA VIRUS THỰC VẬT ........................................................................................69 TÓM TẮT NỘI DUNG..................................................................................................................................69 7.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................................................................69 7.2 LAN TRUYỀN QUA TIẾP XÖC CƠ HỌC ....................................................................................................69 7.3 LAN TRUYỀN QUA NHÂN GIỐNG VÔ TÍNH............................................................................................69 7.4 TRUYỀN QUA HẠT GIỐNG (SEED) ...........................................................................................................70 7.5 LAN TRUYỀN QUA MÔI GIỚI (CỰC KỲ QUAN TRỌNG) ........................................................................71 7.6 CƠ CHẾ TRUYỀN VIRUS NHỜ VECTOR CÔN TRÙNG ............................................................................71 7.7 HÀNH VI CHÍCH HÖT CỦA CÔN TRÙNG BỘ HEMIPTERA ....................................................................73 7.8 LAN TRUYỀN VIRUS THEO KIỂU KHÔNG BỀN VỮNG ..........................................................................73 7.9 LAN TRUYỀN VIRUS THEO KIỂU BÁN BỀN VỮNG ..........................................................................77 7.10 LAN TRUYỀN VIRUS THEO KIỂU BỀN VỮNG TUẦN HOÀN ............................................................78 7.11 TRUYỀN THEO KIỂU BỀN VỮNG TÁI SINH .......................................................................................79 7.12 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 7...............................................................................................................81 7.13 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH ............................................................................................................82 7.14 CHƢƠNG 8. PHÒNG CHỐNG BỆNH VIRUS THỰC VẬT .................................................................................83 TÓM TẮT NỘI DUNG..................................................................................................................................83 8.1 CÁC CHIẾN LƢỢC PHÕNG CHỐNG BỆNH VIRUS ...................................................................................83 8.2 SỬ DỤNG VẬT LIỆU GIỐNG SÁCH BỆNH................................................................................................83 8.3 SỬ DỤNG GIỐNG KHÁNG BỆNH MANG GEN KHÁNG CỦA CÂY .........................................................83 8.4 SỬ DỤNG GIỐNG KHÁNG BỆNH DÙNG GEN VIRUS..............................................................................86 8.5 ỨNG DỤNG TÍNH KHÁNG TẠO ĐƢỢC (INDUCED RESISTANCE) .........................................................92 8.6 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 8....................................................................................................................96 8.7 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .................................................................................................................97 8.8 CHƢƠNG 9. CHẨN ĐOÁN BỆNH VIRUS THỰC VẬT .......................................................................................99 TÓM TẮT NỘI DUNG..................................................................................................................................99 9.1 GIỚI THIỆU .................................................................................................................................................99 9.2 CHẨN ĐOÁN DỰA VÀO TRIỆU CHỨNG ..................................................................................................99 9.3 CHẨN ĐOÁN DỰA VÀO CÂY CHỈ THỊ .....................................................................................................99 9.4 KĨ THUẬT HIỂN VI ĐIỆN TỬ ................................................................................................................... 100 9.5 KĨ THUẬT CHẨN ĐOÁN DỰA VÀO THỂ VÙI ........................................................................................ 101 9.6 KĨ THUẬT PCR VÀ RT-PCR...................................................................................................................... 102 9.7 CHẨN ĐOÁN DỰA VÀO RNA SỢI KÉP ................................................................................................... 106 9.8 CHẨN ĐOÁN DỰA VÀO HUYẾT THANH HỌC ...................................................................................... 106 9.9 CÁC KĨ THUẬT DOT BLOT ................................................................................................................. 112 9.10 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 9............................................................................................................. 113 9.11 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .......................................................................................................... 113 9.12 PHẦN II: CHUYÊN KHOA ...................................................................................................................................... 114 CHƢƠNG 10. CÁC VIRUS THỰC VẬT Ở VIỆT NAM ...................................................................................... 115 TÓM TẮT NỘI DUNG........................................................................................................................... 115 10.1 CÁC VIRUS ĐƢỢC PHÁT HIỆN Ở VIỆT NAM ................................................................................... 115 10.2 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .......................................................................................................... 119 10.3 3
CHƢƠNG 11. VIRUS DNA SỢI KÉP (PHIÊN MÃ NGƯỢC): HỌ CAULIMOVIRIDAE .................................. 121 TÓM TẮT NỘI DUNG........................................................................................................................... 121 11.1 HỌ CAULIMOVIRIDAE ....................................................................................................................... 121 11.2 11.3 RICE TUNGRO BACILLIFORM VIRUS ............................................................................................... 122 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 11 ........................................................................................................... 124 11.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .......................................................................................................... 124 11.5 CHƢƠNG 12. VIRUS DNA SỢI ĐƠN: CHI BEGOMOVIRUS (HỌ GEMINIVIRIDAE) ................................... 125 TÓM TẮT NỘI DUNG........................................................................................................................... 125 12.1 HỌ GEMINIVIRIDAE ........................................................................................................................... 125 12.2 12.3 CHI BEGOMOVIRUS ............................................................................................................................ 126 BỆNH DO BEGOMOVIRUS.................................................................................................................. 130 12.4 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 12 ........................................................................................................... 133 12.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .......................................................................................................... 134 12.6 CHƢƠNG 13. VIRUS DNA SỢI ĐƠN (TIẾP): CHI BABUVIRUS (HỌ NANOVIRIDAE) ................................ 135 TÓM TẮT NỘI DUNG........................................................................................................................... 135 13.1 HỌ NANOVIRIDAE .............................................................................................................................. 135 13.2 13.3 BANANA BUNCHY TOP VIRUS (BBTV) ............................................................................................ 137 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 13 ........................................................................................................... 138 13.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .......................................................................................................... 138 13.5 CHƢƠNG 14. VIRUS RNA SỢI ĐƠN CỰC DƯƠNG: CHI TOBAMOVIRUS (HỌ VIRGAVIRIDAE) ............ 139 TÓM TẮT NỘI DUNG........................................................................................................................... 139 14.1 HỌ VIRGAVIRIDAE ............................................................................................................................. 139 14.2 14.3 CHI TOBAMOVIRUS ............................................................................................................................ 139 14.4 TOBACCO MOSAIC VIRUS (TMV) ..................................................................................................... 140 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 14 ........................................................................................................... 144 14.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .......................................................................................................... 144 14.6 CHƢƠNG 15. VIRUS RNA SỢI ĐƠN CỰC DƯƠNG (TIẾP): CHI POTYVIRUS (HỌ POTYVIRIDAE) ........ 145 TÓM TẮT NỘI DUNG........................................................................................................................... 145 15.1 HỌ POTYVIRIDAE ............................................................................................................................... 145 15.2 15.3 CHI POTYVIRUS .................................................................................................................................. 146 15.4 PAPAYA RING SPOT VIRUS (PRSV) .................................................................................................. 150 15.5 POTATO VIRUS Y (PVY) ..................................................................................................................... 152 15.6 BEAN COMMON MOSAIC VIRUS (BCMV) ........................................................................................ 155 15.7 SUGARCANE MOSAIC VIRUS (SCMV) VÀ SORGHUM MOSAIC VIRUS (SRMV) .......................... 160 15.8 ONION YELLOW DWARF VIRUS (OYDV), LEEK YELLOW STRIPE VIRUS (LYSV) VÀ SHALLOT YELLOW STRIPE VIRUS (SYSV) ................................................................................................................................. 163 15.9 TURNIP MOSAIC VIRUS (TUMV) ....................................................................................................... 164 15.10 DASHEEN MOSAIC VIRUS (DSMV) ................................................................................................... 166 15.11 SWEET POTATO FEATHERY MOTTLE VIRUS (SPFMV) .................................................................. 167 15.12 ZUCCHINI YELLOW MOSAIC VIRUS (ZYMV).................................................................................. 168 15.13 CHILLI VEINAL MOTLE VIRUS (CHIVMV) VÀ CHILLI RINGSPOT VIRUS (CHIRSV)................... 170 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 15 ........................................................................................................... 171 15.14 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .......................................................................................................... 171 15.15 CHƢƠNG 16. VIRUS RNA SỢI ĐƠN CỰC ÂM: RHABDOVIRUS .................................................................. 173 TÓM TẮT NỘI DUNG........................................................................................................................... 173 16.1 HỌ RHABDOVIRIDAE ......................................................................................................................... 173 16.2 16.3 RICE YELLOW STUNT VIRUS (RYSV)............................................................................................... 175 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 16 ........................................................................................................... 178 16.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .......................................................................................................... 178 16.5 CHƢƠNG 17. VIRUS RNA SỢI ĐƠN CỰC ÂM (TIẾP): TOSPOVIRUS ......................................................... 179 TÓM TẮT NỘI DUNG........................................................................................................................... 179 17.1 HỌ BUNYAVIRIDAE ........................................................................................................................... 179 17.2 17.3 CHI TOSPOVIRUS ................................................................................................................................ 179 17.4 TOMATO SPOTTED WILT VIRUS (TSWV)......................................................................................... 180 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 17 ........................................................................................................... 183 17.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .......................................................................................................... 183 17.6 4
CHƢƠNG 18. CÁC VIRUS RNA SỢI KÉP: HỌ REOVIRIDAE ........................................................................ 184 TÓM TẮT NỘI DUNG........................................................................................................................... 184 18.1 HỌ REOVIRIDAE ................................................................................................................................. 184 18.2 18.3 RICE RAGGED STUNT VIRUS (RRSV) ............................................................................................... 186 18.4 SOUTHERN RICE BLACK-STREAKED DWARF VIRUS (SRBSDV) .................................................. 189 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 18 ........................................................................................................... 192 18.5 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .......................................................................................................... 192 18.6 CHƢƠNG 19. VIRUS RNA SỢI KÉP (TIẾP): CHI TENUIVIRUS ..................................................................... 194 TÓM TẮT NỘI DUNG........................................................................................................................... 194 19.1 19.2 CHI TENUIVIRUS ................................................................................................................................. 194 19.3 RICE GRASSY STUNT VIRUS (RGSV)................................................................................................ 194 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 19 ........................................................................................................... 197 19.4 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .......................................................................................................... 197 19.5 CHƢƠNG 20. PHYTOPLASMA.......................................................................................................................... 198 TÓM TẮT NỘI DUNG........................................................................................................................... 198 20.1 GIỚI THIỆU .......................................................................................................................................... 198 20.2 ĐẶC ĐIỂM ............................................................................................................................................ 198 20.3 PHÂN LOẠI .......................................................................................................................................... 199 20.4 TRIỆU CHỨNG ..................................................................................................................................... 199 20.5 LAN TRUYỀN ....................................................................................................................................... 200 20.6 PHÕNG CHỐNG ................................................................................................................................... 200 20.7 20.8 CA. PHYTOPLASMA ASTERIS ............................................................................................................ 200 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 20 ........................................................................................................... 201 20.9 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .......................................................................................................... 201 20.10 CHƢƠNG 21. VIROID.......................................................................................................................................... 202 TÓM TẮT NỘI DUNG........................................................................................................................... 202 21.1 GIỚI THIỆU .......................................................................................................................................... 202 21.2 ĐỊNH NGHĨA VIROID .......................................................................................................................... 202 21.3 CẤU TRÖC VIROID .............................................................................................................................. 202 21.4 DANH PHÁP VÀ PHÂN LOẠI .............................................................................................................. 203 21.5 TRIỆU CHỨNG, CƠ CHẾ GÂY BỆNH VÀ LAN TRUYỀN .................................................................. 204 21.6 TÁI SINH CỦA VIROID ........................................................................................................................ 205 21.7 21.8 POTATO SPINDLE TUBER VIROID (PSTVD) ..................................................................................... 205 21.9 COCONUT CADANG-CADANG VIROID (CCCVD) ............................................................................ 206 21.10 AVOCADO SUNBLOTCH VIROID (ASBVD) ...................................................................................... 206 CÂU HỎI ÔN TẠP CHƢƠNG 21 ........................................................................................................... 206 21.11 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH .......................................................................................................... 206 21.12 PHẦN 3: THỰC HÀNH ............................................................................................................................................ 207 BÀI 1. ĐIỀU TRA BỆNH VIRUS........................................................................................................................ 208 BÀI 2. LÂY NHIỄM NHÂN TẠO VIRUS BẰNG TIẾP XÖC CƠ HỌC ............................................................ 210 BÀI 3. PHÁT HIỆN VIRUS BẰNG ELISA......................................................................................................... 211 BÀI 4. PHÁT HIỆN VIRUS BẰNG PCR/RT-PCR ............................................................................................. 213 5
LỜI NÓI ĐẦU Tài liệu này đƣợc biên soạn để giảng dạy môn virus thực vật, phytoplasma và viroid cho sinh viên và học viên cao học khối ngành nông học, công nghệ sinh học thực vật. Tài liệu giúp ngƣời học hiểu và có khả năng vận dụng kiến thức của môn học nhằm định hƣớng nghiên cứu bệnh virus thực vật. Tài liệu giới thiệu các vấn đề quan trọng của virus thực vật bao gồm: Lịch sử nghiên cứu virus; bản chất và phân phân loại virus; các đặc điểm hình thái, sinh học, đặc biệt là cơ chế gây bệnh, sinh sản và sự lan truyền virus; chẩn đoán và phòng chống virus. Các ví dụ cụ thể là các virus thực vật có ý nghĩa lịch sử, kinh tế trên thế giới. Phần lớn các ví dụ đã đƣợc xác định có mặt ở Việt Nam. Ngoài ra, 2 nhóm tác nhân gây bệnh có đặc điểm gây bênh giống với virus là phytoplasma và viroid cũng đƣợc đề cập. Một số nội dung, đặc biệt phần đại cƣơng, cũng đƣợc so sánh với virus động vật, thực khuẩn thể để ngƣời đọc có cái nhìn tổng thể đối với virus học nói chung. Kiến thức cơ bản về virus trình bày trong tài liệu này đều đƣợc cập nhật và phổ quát trên thế giới. Tài liệu đƣợc biên soạn gồm 3 phần: Phần đại cƣơng. Phần đại cƣơng giới thiệu các khái niệm cơ bản của virus thực vật học liên quan đến bản chất của virus. Phần này cũng giới thiệu các kỹ thuật chẩn đoán hiện đang đƣợc sử dụng phổ biến trên thế giới và Việt Nam cũng nhƣ các chiến lƣợc phòng chố ng bệnh chính. Phần chuyên khoa. Phần chuyên khoa giới thiệu các ví dụ cụ thể về các virus có ý nghĩa lịch sử, có ý nghĩa kinh tế. Phần lớn các virus này đã đƣợc phát hiện thấy ở Việt Nam. Các virus đƣợc trình bày theo đơn vị phân loại chứ không theo đối t ƣợng gây hại. Phần thực hành. Phần thực hành trình bày các bài thực hành giúp sinh viên củng cố khả năng đánh giá bệnh virus ngoài thực tiễn cũng nhƣ nắm đƣợc kỹ thuật chẩn đoán bệnh virus thực vật hiện đang đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới và Việt Nam Đối với chƣơng trình đại học, các nội dung học đƣợc sắp xếp tƣơng đƣơng 2 tín chỉ và đƣợc tổ chức thành 8 bài lý thuyết (3 tiết / bài) và 3 bài thực hành. Mức độ tự học của sinh viên tập trung ở phần chuyên khoa. Sinh viên sẽ đƣợc học lý thuyết, đƣợc thực hành và phải thực hiện một bài tiểu luận liên quan đến nội dung môn học. Do trình độ có hạn, việc biên soạn bài giảng này không tránh khỏi sai sót. Tác giả rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp của bạn đọc để tài liệu đƣợc hoàn chỉnh. Tác giả Hà Viết Cƣờng 6
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT aa Amino acid AP Alkaline phosphatase ATPase Adenosine triphosphatase Avr Avirulence bp Base pair CP Coat protein CTAB Cetyl trimethylammonium bromide DAS-ELISA Double antibody sandwich - ELISA DdRp DNA-dependent DNA polymerase dsDNA Double-stranded DNA dsRNA Double-stranded RNA eIF4E Eukaryotic translation initiation factor 4E ELISA Enzyme linked immunosorbent assay EM Electron microscope g Gravity ICTV International Committee on Taxonomy of Viruses IgG Immunoglobulin gamma IR Induced resistance IRES Internal Ribosome Entry Site ISR Induced systemic resistance kb Kilobase LIV Longevity in vitro Mab Monoclonal antibody MP Movement protein NPP Nitrophenyl phosphate nt nucleotide NTP Nucleotide triphosphate NTPase Nucleotide triphosphatase ORF Open reading frame Pab Polyclonal antibody PCR Polymerase Chain Reaction PDR Pathogen derived resistance PR Pathogenesis related (protein) pRBR Plant retinoblastoma-related protein PTA-ELISA Plate trapped antigen - ELISA PTGS Post-transcriptional gene silencing R Resistance RdRp RNA-dependent RNA polymerase Rep Replication RF Replicative form RI Replicative intermediate RISC RNA induced silencing complex RNAi RNA interference RT Reverse Transcriptase RT-PCR Reverse Transcription - Polymerase Chain Reaction SA Salycilic acid SAR Systemic acquired resistance SEL Size exclusion limit ssDNA Single-strannded DNA ssRNA Single-strannded RNA TDP Thermal death point UTR Untralslated region VRC Viral replication complex 7
DANH SÁCH BẢNG Bảng 2-1 Các bộ, họ virus theo phân loại của ICTV (dựa trên số liệu 2009) .......................................................... 26 Bảng 2-2 Hệ thống phân loại virus theo Baltimore ............................................................................................... 28 Bảng 3-1. So sánh một số đặc điểm hình thái – cấu trúc của các nhóm virus .......................................................... 39 Bảng 7-1 Thành phần vector của virus thực vật tính đến 2007 (Hogenhout et al., 2008) ......................................... 71 Bảng 7-2. Bốn phƣơng thức truyền virus thực vật của côn trùng môi giới .............................................................. 72 Bảng 7-3. Các họ, chi virus truyền qua aphid và phƣơng thức truyền (James & Perry, 2004) ................................. 74 Bảng 8-1. Một số gen kháng R của cây và Avr tƣơng ứng của virus (Soosaar et al., 2005; Kang et al., 2005) ......... 86 Bảng 9-1 Mã suy biến trong thiết kế mồi chung .................................................................................................. 105 Bảng 11-1 Phân loại các virus thuộc họ Caulimoviridae ...................................................................................... 121 Bảng 12-1. Phân loại các virus họ Geminiviridae theo ICTV năm 2009................................................................ 125 Bảng 12-2 Các begomovirus hại cây trồng đƣợc phát hiện cho tới nay tại Việt Nam ............................................. 133 Bảng 13-1 Phân loại họ Nanoviridae ................................................................................................................... 135 Bảng 14-1 Phân loại họ Virgaviridae ................................................................................................................. 139 Bảng 15-1. Phân loại họ Potyviridae (Berger et al. 2005) ..................................................................................... 145 Bảng 15-2. Một số isolate BCMV ở Việt Nam đƣợc giải trình tự gen CP ............................................................. 157 Bảng.15-3 Một số isolate SCMV và SrMV đƣợc giải trình tự gen CP................................................................... 161 Bảng 15-4 Một số isolate TuMV tại Việt Nam đƣợc giải trình tự gen CP............................................................ 165 Bảng 15-5 Một số mẫu ZYMV tại Việt Nam đƣợc giải trình tự gen CP ................................................................ 169 Bảng 15-6 Các mẫu potyvirus trên ớt tại Việt Nam đƣợc giải trình tự ................................................................... 170 Bảng 16-1. Phân loại họ Rhabdoviridae (bộ Monogavirales) theo ICTV (2009) .................................................. 173 Bảng 16-2 So sánh khả năng truyền RYSV của 3 loài rầy xanh trên lúa................................................................ 177 Bảng 17-1. Phân loại họ Bunyaviridae theo ICTV (2009).................................................................................... 179 Bảng 18-1 Phân loại họ Reoviridae (các reovirus đƣợc ghi nhận đến 2009) .......................................................... 184 Bảng 18-2 Đặc điểm bộ gen và chức năng protein của RRSV .............................................................................. 187 Bảng 18-3 Đặc điểm bộ gen và dự đoán chức năng các protei của virus SRBSDV (Wang et al., 2010) ................. 190 Bảng 19-1 Phân loại chi Tenuivirus (loài chuẩn: Rice stripe virus) ...................................................................... 194 Bảng 20-1 Phân loại phytoplasma dựa trên đặc điểm RNA ribosome 16S............................................................. 199 Bảng 21-1 Phân loại viroid (ICTV, 2009) ............................................................................................................ 204 8
DANH SÁCH HÌNH Hình 1-1 Triệu chứng bệnh virus trên hoa tulip. Ảnh trái, một bức tranh thế kỷ 17. Ảnh phải, hoa tulip bị nhiễm TBV (Lesnaw & Ghabrial, 2000). 13 Hình 1-2 Ba nhà khoa học có đóng góp lớn về virus học. Từ trái sang phải: Adolf Mayer (ngƣời Hà Lan, 1843- 1942), Dimitrij Ivanovskij (ngƣời Nga, 1864-1920) và Martinus Beijerinck (ngƣời Hà Lan, 1851-1931). 14 Hình 2-1 Sơ đồ minh họa 5 thành viên của 1 lớp đa hình có 5 đặc điểm (Van Regenmortel, 2007) 24 Hình 2-2 Minh họa phân loại các chi, họ virus thực vật theo báo cáo lần thứ 8 (200 5) của ICTV 27 Hình 2-3 Sơ đồ phân loại virus theo Baltimore (http://expasy.org/viralzone/all_by_protein/230.html) 28 Hình 3-1. Minh họa virus trần (hàng trên) và virus có vỏ bọc (hàng dƣới) 32 Hình 3-2 Sơ đồ cấu trúc phân tử TSWV (và các bunyavirus khác) với cấu trúc có vỏ bọc 32 Hình 3-3 Cấu trúc đối xứng đa diện icosahedron cơ bản của virus (T=1, số tiểu phần = 60) 33 Hình 3-4. Hai hình tam giác đều với số số tam giác phụ T = 4 (trái) và T = 9 (phải) 33 Hình 3-5 Minh họa cách vẽ các trục h, k và tọa độ các hình lục giác, cách tạo hình icosahedron tƣơng ứng với 1 T xác định và cách xắp xếp các tiểu phần protein trên 1 mặt của các virus với 4 mức T khác nhau 34 Hình 3-6 Minh họa virus với T khác nhau sẽ có các đơn vị hình thái (capsomer) khác nhau 35 Hình 3-7 Hình thái Banana bunchy top virus (BBTV) 35 Hình 3-8 Hình thái Tomato bushy stunt virus (TBSV) 35 Hình 3-9 Cách cấu tạo của khối đa diện đối xứng kéo dài (hình trên) và cấu trúc phân tử với T=13 nhƣng có các Q khác nhau (hình dƣới) 36 Hình 3-10 Cấu trúc đối xứng xoắn của TMV 37 Hình 3-11 Cấu trúc dạng nòng nọc của thực khuẩn thể T4 (Viralzone, 2009) 37 Hình 3-12 Cấu trúc phức tạp của virus đậu mùa 38 Hình 4-1 Sơ đồ giải thích cơ chế tái bản sợi (+) trên khuôn sợi (-). (b) và (c) là cơ chế tổng hợp của virus thực vật TMV, còn (a) là dạng trung gian RI của thực khuẩn thể Qβ (Buck et al., 1999) 42 Hình 4-2 Sơ đồ tái sinh virus RNA sợi đơn, cực dƣơng 43 Hình 4-3 Sơ đồ tái sinh của rhabdovirus 44 Hình 4-4 Quá trình tái sinh của các rhabdovirus hại thực vật (cytorhabdovirus và nucleorhabdovirus) (Hull, 2002) 45 Hình 4-5 Sơ đồ tái sinh virus RNA sợi kép 46 Hình 4-6 Tổ chức bộ gen của 1 retrovirus động vật (HIV) và của 1 retrovirus thực vật (GmaSIREV) 47 Hình 4-7 Sơ đồ tái sinh của retrovirus động vật 49 Hình 4-8 Tái sinh của retrovirus thực vật 49 Hình 4-9 Sơ đồ tái sinh của begomovirus 51 Hình 4-10 Sơ đồ tái sinh của các caulimovirus 52 Hình 4-11 tổ chức bộ gen và chiến lƣợc dịch mã kiểu polyprotein của potyvirus 53 Hình 4-12 Tổ chức bộ gen và chiến lƣợc dịch mã kiểu gen phụ, bỏ qua mã kết thúc và dịch mã nội phân tử của TMV 54 Hình 4-13 Bộ gen phân đoạn của BBTV (trái) và RRSV (phải) (Viralzone, 2009) 55 Hình 4-14 Chiến lƣợc dịch mã kiểu ―dò‖. Dấu * là mã ATG. Mũi tên chỉ hƣớng dịch mã. 55 Hình 4-15 Minh họa bộ gen của CaMV và 2 phân tử mRNA 35S và 19S (Haas et al., 2002) 56 Hình 4-16 Mô hình dịch mã của CaMV, RTBV theo cơ chế ―nhảy‖ (Thiébeauld et al., 2007) 57 Hình 4-17 Dịch mã theo kiểu chuyển khung 57 Hình 4-18 Tổ chức bộ gen của TSWV và dịch mã 2 chiều trên phân đoạn M 58 Hình 5-1 Cấu tạo sợi liên bào. A và B là mô hình sợi liên bào, trong đó A là tiết diện dọc và B là tiết diện ngang. C là ảnh hiện vi điện tử của sợi liên bào (Lucas, 2006). 60 Hình 5-2 Chiến lƣợc tạo ống của virus thực vật để di chuyển giữa các tế bào (Hull, 2002) 61 Hình 5-3 Mô hình di chuyển giữa các tế bào của TMV 62 Hình 5-4 Hƣớng và tốc độ di chuyển hệ thống của virus trong cây (Agrios, 2005) 63 Hình 6-1 Thí nghiệm chứng minh protein P2 của RDP đã can thiệp vào đƣờng hƣớng tổng h ợp gibberelline của cây lúa (Wang et al., 2005) 67 Hình 6-2 Tƣơng tác giữa protein Rep của begomovirus với pRBR của tế bào cho phép khởi động lại chu kỳ tế bào 68 Hình 7-1. Giải phẫu chung côn trùng chích hút và phân bố virus 72 Hình 7-2 Bộ gen của potyvirus (trái) và CMV (phải) kèm theo các gen và motif cần cho lan truyền virus (Ng & Falk, 2006) 76 Hình 7-3Mô hình tƣơng tác virus và vector theo phƣơng thức không bền vững và bền vững (Ng & Falk, 2006) 76 Hình 7-4 Sơ đồ phân tử TSWV (Hogenhout et al., 2008) 80 9
Hình 7-5 Các cơ quan bên trong của bọ trĩ liên quan đến lan truyền tospovirus và các rào cản dạng màng mà virus phải vƣợt qua. Các số tƣơng ứng với các loại màng và tế bào liên quan đến đƣờng đi của virus từ khi đƣợc chích nạp đến khi đƣợc chích truyền. L, lumen (tuyến dẫn); PSg, primary salivary gland (tuyến nƣớc bọt sơ cấp); s, cross sections of muscle (tiết diện cắt ngang cơ); VP, viroplasm (vị trí tái sinh và lắp ráp virus); DM, dense mass (vị trí có màu đậm khi chụp dƣới kính hiển vi) (Hogenhout et al., 2008). 81 Hình 8-1. Các lớp gen kháng R và một số ví dụ mỗi lớp 85 Hình 8-2. Minh họa tính kháng rất cao và bền vững đối với PRSV của giống đu đủ Rainbow chuyển gen CP so với giống không chuyển gen Sunrise tại Hawai (Golsalves et al., 2004) 87 Hình 8-3. Cơ chế câm gen của thực vật chống virus và các các acid nucleic lạ 88 Hình 8-4. Hiệu quả PTGS với các cấu trúc chuyển gen potato virus Y (PVY) khác nhau. Hiệu quả đƣợc tính là % cây chuyển gen miễn nhiễm với PVY; gen virus (PVY-pro) là NIa; chuỗi loop là chuỗi unidA (GUS) dài ~800 nucleotides; intron là của gen Pdk từ cây Flaveria (Smith et al., 2000). 90 Hình 8-5 Tạo cây cà chua chuyển gen kháng TYLCV bằng công nghệ RNAi (Fuentes, 2006) 91 Hình 8-6 Hai loại tính kháng tạo đƣợc: tính kháng tập nhiễm hệ thống (SAR) và tính kháng hệ thống tạo đƣợc (ISR) (Vallad & Goodman, 2004). 93 Hình 8-7 Cấu trúc hóa học của SA, INA và BTH 93 Hình 8-8. Cây thuốc lá xử lý BTH (Bion) (trái) ức chế biểu hiện triêu chứng bệnh trên thuốc lá do TSWV gây ra. Đối chứng không xử lý (phải) có triệu chứng dữ dội (Mandal et al., 2007) 94 Hình 8-9 Sự hình thành chitosan từ chitin 95 Hình 8-10 Hiệu quả ức chế của oligochitosan đối với TMV trên thuốc lá. (A) đối chứng, (B)–(F): xử lý chitosan lần lƣợt ở các nồng độ 1 ppm, 10 ppm, 25 ppm, 50 ppm và 100ppm (Yin et al., 2010). 96 Hình 9-1 Lây nhiễm nhân tạo trên cây chỉ thị thuốc lá và rau muối (ảnh trái, giữa). Triệu chứng đốm chết hoại do Citrus psorosis virus (CPsV) trên cây rau muối C. amaranticolor (http://www.DPWeb.net) 100 Hình: 9-2 Sơ đồ (trái) và ảnh chụp hiển vi điện tử (phải) của thể vùi tế bào chất của potyvirus 101 Hình 9-3 Dụng cụ và vật liệu dùng để kiểm tra thể vùi virus thực vật bằng kính hiển vi quang học (http://plantpath.ifas.ufl.edu/pdc/Inclusionpage/Florvirus.html) 102 Hình 9-4 Phát hiện bộ gen dsRNA của virus lùn sọc đen phƣơng Nam (Zhou et al., 2008) 106 Hình 9-5 Cấu trúc kháng thể (Hull, 2002) 108 Hình 9-6 Sơ đồ sản xuất kháng thể đơn dòng 109 Hình 9-7 Kỹ thuật Outerlony chẩn đoán virus. Các mẫu ABCDE là các mẫu dƣơng 110 Hình 9-8 Các kỹ thuật ELISA khác nhau 111 Hình 9-9 Phát hiện virus bằng kỹ thuạt dot blot miễn dịch (western blot, trái, Hull, 2002) và dot blot lai DNA (southern blot, phải, Hsu et al., 2005) 112 Hình 11-1 Hình thái phân tử và tổ chức bộ gen của RTBV (Hull, 1996) 123 Hình 11-2 Cây lúa nhiễm các tổ hợp virus khác nhau và khả năng truyền virus qua rầy xanh đuôi đen (Azzam et al., 2000) 123 Hình 12-1 Hình thái phân tử geminiviruses. A, Phân tử Tomato yellow leaf curl virus (TYLCV), bar = 100 nm (Gafni, 2003). B, Mô hình phân tử Maize streak virus (MSV) (Zhang et al., 2001). 126 Hình 12-2 Tổ chức bộ gen của begomovirus và DNA vệ tinh (Hà Viết Cƣờng, 2008) 129 Hình 12-3 Bệnh khảm lá sắn tại châu Phi. B và E là triệu chứng bệnh; C là vector bọ phấn và F là cây chuyển gen kháng bệnh (Legg & Fauquet, 2004). 130 Hình 12-4 Triệu chứng bệnh cuốn lá bông tại Pakistan. Chú ý sự hình thành lá phụ ở mặt sau của lá bông ở ảnh dƣới bên phải (Bridon & Markham, 2000) 131 Hình 13-1 Tổ chức bộ gen của các virus thuộc h ọ Nanoviridae (Gronenborn, 2004) 136 Hình 13-2 Bụi chuối bị bệnh chùn ngon (tại Gia Lâm) và triệu chứng trên lá 137 Hình 14-1 Sơ đồ cấu trúc phân tử của các tobamovirus (Viralzone, 2009) 139 Hình 14-2 Hình thái virion và cấu trúc của TMV 140 Hình 14-3 Tinh thể virus TMV hình thành trong tế bào thuốc lá 141 Hình 14-4 Tổ chức bộ gen chính và 2 phân tử phụ genome của TMV 142 Hình 14-5 Triệu chứng do TMV gây ra trên thuốc lá (trái), ớt (giữa) và cà chua (phải) 143 Hình 15-1 Hình thái virion và thể vùi của potyvirus. Ảnh trái: phân tử PVY, bar = 100 nm (Shukla et al., 1998). Hình phải: thể vùi tế bào chất của PVY trong tế bào thuốc lá (Arbatova et al. 1998). 146 Hình 15-2 Tổ chức bộ gen của các potyvirus (Shukla et al., 1998). 147 Hình 15-3 Triệu chứng bệnh trên đu đủ (CABI, 2006) và bầu bí (cây bí xanh tại Việt Nam) 151 Hình 15-4 Ba nhóm phả hệ PVY trên thế giới và Việt Nam (in đậm) 153 Hình 15-5 Các triệu chứng khảm, khảm nhăn, lùn, chết hoại lá và đốm vòng chết hoại trên khoai tây do PVY (Kerlan, 2006; Hà Viết Cƣờng, 2005) 154 Hình 15-6 Mức đa dạng của BCMV ở Việt Nam (đƣợc in đậm). 157 10
Hình 15-7 Bệnh khảm lá do BCMV trên cây họ đậu Việt Nam (ảnh trái:đậu đen, ảnh giữa: muồng 3 lá, Hà Viết Cƣờng et al., 2008) và triệu chứng chết hoại gân của bệnh ―thối đen‖ (CABI, 2006). 158 Hình 15-8 Bệnh khảm lá do SCMV trên mía (trái), ngô (giữa) và hoàng tinh (phải) tại Việt Nam 161 Hình 15-9 Phân tích phả hệ dựa trên gen CP của các mẫu SCMV và SrMV thu tại Việt Nam (đƣợc in đậm) với các mẫu thế giới. 162 Hình 15-10 Các pot yvirus trên hành ta và tỏi tây ở Việt Nam 163 Hình 15-11 TuMV trên cây cải củ (hàng trên) và cải bẹ (hàng dƣới) ở Việt Nam 164 Hình 15-12 Phân tích phả hệ các mẫu TuMV từ Việt Nam (in đậm) và thế giới dựa trên gen CP 165 Hình 15-13 Bệnh do DsMV trên cây họ Ráy 166 Hình 15-14 Triệu chứng bệnh do SPFMV trên khoai lang Việt Nam 167 Hình 15-15 Cây phả hệ dựa trên gen CP của các mẫu SPFMV Việt Nam và các mẫu thế giới 167 Hình 15-16 Triệu chứng do ZYMV trên cây bí ngồi (Desbiez & Lecoq, 1997) 168 Hình 15-17 Cây phả hệ của các mẫu ZYMV Việt Nam và thế giới dựa trên gen CP 169 Hình 15-18 Bệnh do ChiVMV trên ớt và thuốc lá 170 Hình 16-1 Cấu tạo và tổ chức bộ gen của rhabdovirus hại thực vật 174 Hình 16-2 Sơ đồ tổ chức bộ gen của RYSV 176 Hinh 16-3 Bệnh vàng lụi lúa tại miền Bắc năm 2010 do RYSV 176 Hình 17-1 Hình thái và cấu trúc phân tử TSWV 180 Hình 17-2 Sơ đồ quá trình tái sinh của TSWV 181 Hình 17-3 Một số bệnh do TSWV gây ra trên cà chua, thuốc lá và lạc 182 Hình 18-1 Cấu trúc của một số reovirus đại diện 185 Hình 18-2 Sơ đồ virion của RRSV (hàng trên) và ảnh EM (hàng dƣới) cho thấy virion hình cầu với mấu gai (trái) và 2 lớp vỏ (phải), thanh bar 50 nm (Shikita, 1979; Milne, 1982) 186 Hình 18-3 Tổ chức bộ gen của RRSV 187 Hình 18-4 Một số triệu chứng điển hình của bệnh lúa lùn xoắn lá do RRSV (3 hình đầu, Hà Viết Cƣờng, 2009). Hình ngoài cùng bên phải là một phần tế bào chất của tế bào nhu mô mạch phloem tại vị trí nốt phồng với ―viroplasm‖ màu đậm chứa đầy các phân tử virus (Hibino, 1979) 188 Hình 18-5. Thể vùi virus và phân tử virus SRBSDV trong tế bào cây bị bệnh lùn sọc đen tại Việt Nam năm 2009 190 Hình 18-6. Triệu chứng bệnh LSĐ trên lúa ở miền Bắc vụ mùa năm 2009. Lá lúa bị xoắn vặn (a, b, c), trỗ không thoát với hạt bị bị biến màu nâu (a). Có các nốt phồng màu trắng chạy dọc gân của lá (d), phiến lá (d), thân (e). Các nốt phồng lúc đầu trắng sau chuyển màu nâu đến đen (e, f). 191 Hình 18-7. Triệu chứng bệnh LSĐ trên ngô ở miền Bắc năm 2010. 191 Hình 19-1 Phân tử virus RGSV có dạng tràng hạt khép vòng (Hibino, 1986) 195 Hình 19-2 Tổ chức bộ gen của RGSV 195 Hình 19-3 Triệu chứng bệnh lúa cỏ do RGSV tại Cần Thơ 196 Hình 20-1 Tế bào phytoplasma tr ong tế bào mạch rây ký chủ (Lee et al., 2000) 198 Hình 20-2 Triệu chứng chổi phù thủy và rễ tóc do Ca. Phytoplasma asteris gây ra trên cà rốt, tre 200 Hình 21-1 Cấu trúc viroid. A) hình dạng chung của viroid. B) phân tử viroid dƣới kính hiển vi điện tử. C) cấu trúc dạng hình gậy của các pospiviroid. D) cấu trúc dạng gần hình gậy của các avsunviroid. 203 Hình 21-2 Sơ đồ tái sinh của viroid (Daros et al., 2006) 205 Hình 21-3 Bệnh củ khoai tây hình thoi 205 11
PHẦN I: ĐẠI CƢƠNG 12
Chuơng 1. GIỚI THIỆU TÓM TẮT NỘI DUNG 1.1 Nội dung chính của chƣơng là giới thiệu lịch sử nghiên cứu virus, các cột mốc khoa học chủ chốt liên quan đến virus và bản chất cũng nhƣ nguồn gốc của virus. LỊCH SỬ VIRUS 1.2 Cho tới cuối thế kỷ 19, khoa học vẫn chƣa biết tới virus. Tuy nhiên, văn học đã mô tả nhiều triệu chứng giống bệnh virus trên thực vật. Tài liệu cổ nhất là một bài thơ tiếng Nhật thời hoàng đế Koken (năm 752 sau Công nguyên) mô tả hiện tƣợng vàng lá trên một cây cỏ dại, sau này đƣợc xác định là cây bội lan (Eupatorium lindleyanum). Ngày nay, các nhà khoa học biết rằng cây này mẫn cảm với nhiều virus thực vật thuộc chi Begomovirus (chẳng hạn Eupatorium yellow vein virus, EYVV). Các begomovirus gây hiện tƣợng vàng gân và cuố i cùng vàng lá trên cây bội lan. Ở Tây Âu, vào những năm 1600 -1660, nhiều tác phẩm nghệ thuật đã thể hiện bông hoa tulip với triệu chứng khảm sọc rất đẹp. Một củ hoa tulip với triệu chứng khảm sọc rất có giá thời đó; chẳng hạn củ của một giống hiếm nhƣ Semper Augustus có thể bán đƣợc 3000 guine (t iền Hà Lan). Để so sánh, giá một con bò là 120 guine và một con tàu là 500 guine. Hiện tƣợng khảm sọc hoa tuilip ngày nay đã đƣợc chứng minh là do một số virus thực vật, điển hình là Tulip breaking virus (TBV) gây ra. Hình 1-1 Triệu chứng bệnh virus trên hoa tulip. Ảnh trái, một bức tranh thế kỷ 17. Ảnh phải, hoa tulip bị nhiễm TBV (Lesnaw & Ghabrial, 2000). Vào cuối thế kỷ 19, kiến thức về bệnh vi khuẩn đã tích lũy khá nhiều và một thiết bị lọc vi khuẩn đã đƣợc Chamberland (một trợ lý của Louis Pasteur) chế tạo. Thiết bị lọc này – cấu tạo bằng sứ, có hình nến – đƣợc gọi là nến lọc Chamberland không cho phép các vi sinh vật có kích thƣớc vi khuẩn đi qua. Năm 1882, Adolph Mayer đã mô tả một bệnh bí ẩn trên cây thuốc lá mà ông gọi là bệnh khảm. Năm 1886, Mayer đã chứng tỏ rằng bệnh khảm thuốc lá có thể lan truyền qua dịch cây và ông cho rằng tác nhân gây bệnh có lẽ là vi khuẩn. Năm 1892, Iwa nowski đã chứng minh rằng tác nhân gây bệnh khảm thuốc lá có thể truyền qua nến lọc vi khuẩn và ông giả thiết rằng tác nhân gây bệnh có thể là chất độc do vi khuẩn tiết ra hoặc vi khuẩn có kích thƣớc 13
rất nhỏ để có thể qua lọc. Độc lập với Iwanowski, năm 18 98, Beijerinck đã công bố kết quả nghiên cứu thí nghiệm qua lọc với dịch cây thuốc lá bị khảm lá. Khác với Iwanowski và do không phát hiện thấy bất cứ vi sinh vật nào, ông đã gọi tác nhân gây bệnh là contagium vivum fluidum (tiếng Latin nghĩa là dịch sống truyền nhiễm‖ để phân biệt với các thực thể gây bệnh dạng hạt khác. Đóng góp quan trọng của Beijerinck ở chỗ ông là ngƣời đầu tiên chứng minh sự tồn tại của một loại tác nhân gây bệnh không phải vi khuẩn, có khả năng qua lọc, sống (nhân lên trong cây bệnh) và hòa tan. Công trình của ông đƣợc xem là khai sinh nghành virus học và ông đƣợc cộng đồng các nhà virus học công nhận là ―cha đẻ‖ của virus học. Ngày nay, chúng ta biết rõ rằng tác nhân gây bệnh khảm thuốc lá là Tobacco mosaic virus (TMV). Đây là một virus có ý nghĩa lịch sử lớn, cả trong virus học cũng nhƣ sinh học. Nhiều phát minh quan trọng trong sinh học đều dựa trên virus này. Hình 1-2 Ba nhà khoa học có đóng góp lớn về virus học. Từ trái sang phải: Adolf Mayer (ngƣời Hà Lan, 1843-1942), Dimitrij Ivanovskij (ngƣời Nga, 1864-1920) và Martinus Beijerinck (ngƣời Hà Lan, 1851-1931). CÁC CỘT MỐC LỊCH SỬ QUAN TRỌNG KHÁC 1.3  Năm 1927, Dvorak cho thấy dịch cây nhiễm TMV và cây khỏe tạo ra kháng huyết thanh có tính đặc hiệu khác nhau.  Năm 1935, Stanley đã kết tinh đƣợc tinh thể TMV nhƣng ông cho rằng đây là tinh thể chỉ có bản chất protein (đoạt giải Nobel).  Năm 1936, Bawden & Pirie chứng minh đƣợc tinh thể TMV có bản chất nucleoprotein và phân tử virus có hình gậy.  Năm 1931, Ruska & Knoll phát minh kính hiển vi điện tử.  Năm 1955-1956, Brakke phát triển kỹ thuật ly tâm gradie nt dùng siêu li tâm để tinh chiết virus.  Năm 1956, Crick & Watson chứng minh vỏ protein của TMV gồm nhiều tiểu phần protein xắp xếp theo vòng xoắn.  Năm 1977, Clack & Adam áp dụng kỹ thuật ELISA để chẩn đoán virus thực vật .  Năm 1980, Franck et al. lần đầu tiên giải mã toàn bộ bộ gen virus (Cauliflower mosaic virus, CaMV). 14
 Năm 1983, Kary Mullis phát minh kỹ thuật PCR (đoạt giải Nobel) . THUÂT NGỮ VIRUS 1.4 Về mặt lịch sử, t heo từ điển Oxford English Dictionary, từ ―virus‖ đƣợc sử dụng vào thế kỷ 16 với nghĩa nọc độc đƣợc tiết ra bởi động vật độc, vào thế kỷ 18 với nghĩa bệnh lý là ―nguồn gốc của sự ốm yếu hoặc là chất độc hình thành trong cơ thể do hậu quả của một số bệnh, đặc biệt các bệnh có thể truyền sang ngƣời khác hoặc động vật khác‖. Cũng theo từ điển này, vào thế kỷ 19, từ ―virus‖ lại đƣợc sử dụng bởi các nhà vi khuẩn học với nghĩa vi khuẩn. Năm 1881, Paster đã viết ―virus là ký sinh vi sinh vật, có thể nhân lên bằng nuôi cấy bên ngoài cơ thể động vật‖. Theo nghĩa này, virus là vi khuẩn. Để phân biệt virus theo nghĩa vi khuẩn, các tác nhân gây bệnh khảm thuốc lá và một số bệnh tƣơng tự trên động vật (ví dụ nhƣ bệnh dại) đƣợc gọi là các ―virus qua lọc‖. Từ 1900 – 1935, nhiều bệnh cây đƣợc cho do các virus qua lọc gây ra. Tuy nhiên, đã có nhiều nhầm lẫn về bệnh do thiếu phƣơng pháp phân biệt virus. Chỉ tiêu ban đầu dựa vào khả năng qua lọc. Ở một số bệnh có triệu chứng virus, mặc dù tác nhân gây bệnh không thể quan sát đƣợc dƣới kính hiển vi (có khả năng qua lọc) nhƣng bệnh lại không truyền qua lây nhiễm cơ học. Các bệnh này, ví dụ bệnh biến vàng cây cúc tây và củ hình thoi khoai tây, hiện đƣợc xác định là do phytoplasma và viroid gây ra. Trong khoảng thời gian này, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào mô tả bệnh, gồm triệu chứng, các biến đổi tế bào ký chủ, pham vi ký chủ và phƣơng thức lan truyền. Cũng có một số cố gắng cải tiến lỹ thuật lọc nhằm xác định kích thƣớc virus. Các ảnh hƣởng của nhiều tác nhân vật lý và hóa học đến sự xâm nhiễm virus cũng đƣợc nghiên cứu nhƣng kỹ thuật khá nguyên thủy. Cho tới năm 1930, đã có rất nhiều nhầm lẫn nghiêm trọng về bệnh virus và bản thân virus ĐỊNH NGHĨA VIRUS 1.5 Nhờ các nghiên cứu cơ bản trong lĩnh vực sinh hóa, sinh học phân tử, di truyền, ngày nay, bản chất virus đã đƣợc hiểu rất rõ . Có vô số khái niệm, định nghĩa nhằm giải thích thế nào là một virus. Một trong các định nghĩa phản ánh đầy đủ bản chất virus đƣợc trình bày trong cuốn Matthew‘s Plant Virolo gy (Hull, 2002) là: “Virus là các tác nhân gây bệnh không có cấu tạo tế bào, có bộ gen là acid nucleic thƣờng đƣợc bao bọc bởi các protein vỏ, chỉ có thể tái sinh bên trong tế bào ký chủ. Quá trình tái sinh của virus (i) phụ thuộc hoàn toàn vào bộ máy tổng hợp protein của ký chủ, (ii) tổng hợp riêng rẽ các thành phần của virus để lắp ráp nên phân tử virus (virion) mới”. Mặc dù các nhà virus học đồng ý rằng virus là một thực thể sinh học (và do đó thuộc đối tƣợng nghiên cứu của sinh học) vì chúng có bộ gen, có thể tái sinh, có thể đột biến và tiến hóa để thích nghi với điều kiện sống khác nhau thì vẫn chƣa có sự thống nhất xem liệu virus có thể đƣợc coi là một sinh vật (organism) thực sự hay không. Hiện có 2 quan điểm khác nhau khi xét bản chất sống của virus. Quan điểm thứ nhất, cũng là quan điểm của Ủy ban Phân loại Virus Quốc tế (ICTV), cho rằng virus, mặc dù có một số thuộc tính của sự sống, nhƣng không phải là một sinh vật thực sự vì chúng vẫn thiếu một số thuộc tính cơ bản của một sinh vật sống nhƣ: 1. Virus không có khả năng thu nhận và lƣu trữ năng lƣợng tự do . 2. Virus không có chức năng sống khi ở bên ngoài tế bào ký chủ. Virus chỉ thể hiện đặc tính của sự sống khi bộ gen của nó ở bên trong tế bào ký chủ thích hợp. 15
3. Virus không tăng trƣởng. 4. Virus không có bộ máy tổng hợp protein. Quan điểm thứ nhất này dựa trên cơ sở cho rằng hệ thống sống đơn giản nhất là tế bào, do vậy chỉ các sinh vật/visinh vật đơn bào hoặc đa bào mới có các đặ c tính của sự sống còn các cơ quan tử của nó thì không. Quan điểm thứ hai co i virus là một sinh vật (chính xác là sinh vật không có cấu tạo tế bào) dựa trên một số lập luận sau: 1. Virus có thể tái sinh. 2. Bộ gen của virus có thể bị đột biến. 3. Virus tiến hóa độc lập đối với ký chủ của chúng và có khả năng thích ứng với các ổ sinh thái khác nhau. 4. Mặc dù virus phụ thuộc tế bào ký chủ để tái sinh (ký sinh chuyên tính) nhƣng nhiều loại tác nhân gây bệnh khác cũng chỉ có thể sống đƣợc trong tế bào ký chủ. 5. Mặc dù virus thiếu ty thể nhƣng một số protozoa cũng thiếu. 6. Mặc dù kích thƣớc phân tử virus nhỏ nhƣng một số virus, chẳng hạn các virus thuộc nhóm ―nucleocytoplasmic large DNA viruses‖ nhƣ virus đậu mùa (pox virus) có kích thƣớc lớn hơn vi khuẩn Chlamydia (gây bệnh viêm đƣờng tiết niệu). 7. Mặc dù virus có kích thƣớc bộ gen nhỏ nhƣng các virus thuộc nhóm ―nucleocytoplasmic large DNA viruses‖ có kích thƣớc rất lớn. Ví dụ Acanthamoeba polyphaga mimivirus (APMV), một virus mới đƣợc khám phá gần đây, có bộ gen lớn tới 1.2 Mb, lớn hơn bộ gen của nhiều loài phytoplasma, riketsia và chlamydia. 8. Mặc dù virus không có hệ thống tái tạo năng lƣợng nhƣng vi khuẩn chlamydia cũng thiếu. Lập luận chủ chốt nhất của quan điểm thứ hai là dựa vào đặc tính tái sinh của virus. NGUỒN GỐC VIRUS 1.6 Vì đặc điểm bộ gen của virus rất đa dạng nên virus đƣợc xem là đa nguồn gốc (polythetic) và virus DNA thì tiến hóa độc lập với virus RNA. Tuy nhiên vì chúng có một đặc điểm rất chung là bộ gen lại đƣợc bao bọc bởi các protein vỏ nên hiện vẫn không có một quan điểm thống nhất về nguồn gốc virus. Cho tới nay, đã có 3 giả thuyết về nguồn gốc virus. 1. Thuyết virus có trƣớc. Theo thuyết này, virus chính là dạng tồn tại hay là hóa thạch sống của các dạng sống tiền tế bào. Thuyết này đã bị loại bỏ từ lâu vì tất cả các virus đều là các ký sinh chuyên tính cao độ và chỉ có thể tái sinh trong một tế bào ký chủ đang sống. 2. Thuyết suy thoái. Theo thuyết này, virus là dạng suy thoái của các sinh vật đơn bào. Thuyết này cũng thƣờng bị phản bác vì 2 lý do: (i) Khoa học chƣa từng khám phá ra bất kỳ một dạng trung gian nào giữa tế bào và viru s. (ii) Đối với một số dạng suy thoái từ tế bào nhƣ Mycoplasma/Phytoplasma là dạng suy thoái của vi khuẩn, hay Microsporidia là dạng suy thoái của tế bào Eukaryote, hay Nanoarchaea là dạng suy thoái của Archaea, thì tất cả chúng đều vẫn giữ đƣợc một số đặc trƣng của tế bào nhƣ có ribosome cũng nhƣ bộ máy tổng hợp protein và năng lƣợng. 16
3. Thuyết trốn thoát (escape). Virus là các mảnh vật liệu di truyền của tế bào và bằng cách nào đó thoát khỏi sự kiểm soát của tế bào và t iến hóa để trở thành các thực thể ký sinh độc lập với bộ gen tế bào. Thuyết này đã và đang trở nên phổ biến vì có nhiều bằng chứng ủng hộ nhƣ: (i) Bộ gen virus có cả dạng DNA và RNA. (ii) Một số virus có thể tổng hợp gen ký chủ vào bộ gen của nó (ví dụ begomovirus/thuốc lá). (iii) Một số virus có thể tổng hợp vào bộ gen ký chủ (ví dụ các retrovirus, pararetrovirus). (iv) Một số virus có đặc điểm bộ gen giống ký chủ ( ví dụ geminivirus/plasmid, potyvirus/mRNA…). Tuy nhiên một số ý kiến khác không đồng ý khi cho rằng: (i) Cơ chế nucleic acid của virus t iếp nhận và lắp ráp với protein vỏ vẫn không rõ. (ii) Nếu theo thuyết này, thực khuẩn thể phải có nguồn gốc từ vi khuẩn và virus của eukaryote phải có nguồn gốc từ eukaryote. Tuy nhiên ngƣời ta đã chứng minh một số gen thực khuẩn thể T4 lại giống với gen của eukaryote hơn so với của vi khuẩn. (iii) Cho tới nay, rất nhiều bộ gen của cả prokaryote lẫn eukaryote đã đƣợc giải trình tự nhƣng phần lớn các gen virus lại chẳng giống chút nào với các gen ký chủ tƣơng ứng . TẦM QUAN TRỌNG CỦA VIRUS THỰC VẬT 1.7 Cho tới nay (2010), hơn 2000 virus đã đƣợc phát hiện và công nhận, trong đó khoảng 1000 là các virus gây hại thực vật. Các virus thực vật nhìn chung không làm chết cây nhƣng chúng ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sinh trƣởng, phát triển của cây, năng suất và chất lƣợng nông phẩm. Nhiều trƣờng hợp, bệnh do virus gây có thể là một trong các nguyên nhân chính cản trở sản xuất của một cây trồng nào đó. Một số ví dụ bệnh virus hại cây trồng quan trọng trên thế giới và đã đƣợc xác định có ở Việt Nam bao gồm: 1. Bệnh xoăn vàng lá cà chua do nhiều begomovirus. 2. Bệnh chùn ngọn chuối do banana bunchytop virus (BBTV) . 3. Bệnh đốm hình nhẫn đu đủ, bầu bí do papaya ring spot virus (PRSV). 4. Bệnh tàn lụi cây có múi do citrus tristeza virus (CTV). 5. Bệnh khảm lá khoai tây trên khoai tây do potato virus Y (PVY). 6. Bệnh khảm lá cây họ đậu do bean common mosaic virus virus (BCMV) . 7. Bệnh tungro hại lúa nhƣ bệnh tungro do phức hợp 2 virus là rice tungro bacilliform virus (RTBV) và rice tungro spherical virus (RTSV) . 8. Bệnh vàng lùn (lúa cỏ) hại lúa do rice grasy stunt virus (RGSV). 9. Bệnh lùn xoắn lá (táp lá) hại lúa do rice ragged stunt virus (RGSV). 10. Bệnh lùn sọc đen hại lúa, ngô do southern rice black streaked dwarf virus (SRBSDV) . 11. Bệnh vàng lụi (vàng tạm thời, vàng lá di động) trên lúa do rice yellow stunt virus (RYSV). 17
CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 1 1.8 1. Virus đƣợc thực sự nghiên cứu từ bao giờ, gắn với bệnh gì? 2. Virus có ý nghĩa lịch sử đối với ngành virus học là gì? 3. Các nhà khoa học đã thực hiện những nghiên cứu đầu tiên về virus học. 4. Ví dụ 3 sự kiện khoa học ảnh hƣởng lớn đến nghiên cứu virus. 5. Vi dụ 3 dụng cụ có ảnh hƣởng lớn đến nghiên cứu virus. 6. Nguồn gốc của thuật ngữ ―virus‖. 7. Virus là gì? 8. Sự khác biệt cơ bản của virus đối với các tác nhân gây bệnh có bản chất tế bào (các prokaryote và eukaryot e) và phi tế bào (prion, viroid) là gì? 9. Sự khác biệt trong tranh luận về bản chất sống của virus là gì? Đâu là sự khác biệt cơ bản nhất? 10. Các giả thuyết về nguồn gốc virus. Với bằng chứng khoa học hiện có thì khả năng nhất virus có nguồn gốc từ đâu? 11. Ví dụ 3 virus có tầm quan trọng lớn trong nông nghiệp thế giới. 12. Ví dụ 3 virus có tầm quan trọng lớn đối với nông nghiệp Việt Nam. TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 1.9 1. Hull, R. (2002). Matthews's Plant Virology. Fourth edition: Academic Press. 2. Lesnaw, J. A. & Ghabrial, S. A. (2006). Tulip Breaking: Past, Present, and Future. Plant Disease 84, 1052-1060. 3. Patrick, F. (2006). The origin of viruses and their possible roles in major evolutionary transitions. Virus Research 117, 5-16. 4. Saunders, K., Bedford, I. D., Yahara, T. & Stanley, J. (2003). The earliest recorded plant virus disease: Pathogenic DNA paints summer foliage gold, and inspired a poet over a millennium ago. NATURE 422, 831. 5. van der Want, J. P. H. & Dijkstra, J. (2006). A history of plant virology. Archives of Virology 151, 1467–1498. 18
Chƣơng 2. PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP TÓM TẮT NỘI DUNG 2.1 Nội dung chính của chƣơng là lịch sử và cơ sở khoa học của việc phân loại và đặt tên virus; hệ thống tổ chức của cơ quan có thẩm quyền về mặt quốc tế đối với phân loại virus ; cách phân biệt khái niệm ―loài virus‖ và ―virus‖; cách viết tên virus và tên loài virus đúng; hệ thống phân loại virus hiện nay. PHÂN LOẠI VÀ DANH PHÁP 2.2 Phân loại học (Taxonomy =systemics): là khoa học phân loại gồm 2 nhánh là phân loại ―classification‖ và danh pháp ―nomenclature‖. Phân loại là xắp xếp các các đơn vị phân loại ―taxon‖ vào các nhóm khác nhau theo mối quan hệ của chúng dựa theo các tiêu chí xác định. Danh pháp là đặt tên các đơn vị phân loại theo 1 qui tắc xác định. Cả phân loại và danh pháp gắn liền với nhau và nhằm mục tiêu: 1. Tạo ra một sự sắp xếp có trật tự các virus sao cho con ngƣời có thể hiểu thấu đáo đƣợc chúng. 2. Giúp con ngƣời có thể giao tiếp đƣợc với nhau về đối tƣợng virus nghiên cứu . 3. Giúp tiên đoán các đặc tính của một virus mới. 4. Bộc lộ mối quan hệ tiế n hóa của các virus. LịCH SỬ DANH PHÁP VÀ PHÂN LOẠI VIRUS 2.3 Khi virus đƣợc nghiên cứu lần đầu khoảng 1 thế kỷ trƣớc thì vào thời gian đó bản chất của virus vẫn chƣa đƣợc biết: chúng không nuôi cấy đƣợc trên môi trƣờng nhân tạo, không quan sát đƣợc dƣới kính hiển vi và chúng cũng không di chuyển qua màng lọc vi khuẩn. Do vậy, các nhà virus học đầu tiên đã đặt tên loại tác nhân gây bệnh bí ẩn này bằng bệnh mà chúng gây ra gồm tên cây ký chủ và triệu chứng đặc trƣng nhất, chẳng hạn virus khảm lá thuốc lá (tobacc o mosaic virus, TMV). Lúc này, virus đƣợc xem là một tác nhân gây bệnh ổn định có nghĩa trên một cây ký chỉ cụ thể thì các bệnh khác nhau (dựa vào triệu chứng) sẽ do các virus khác nhau gây ra. Tuy nhiên vào đầu những năm 1930, các nhà khoa học đã nhận thấy rằng: (1) các virus có thể tồn tại dƣới dạng các chủng khác nhau và các chủng này có thể gây ra triệu chứng rất khác nhau trên cùng một cây ký chủ; (2) các virus khác nhau có thể gây triệu chứng giống hệt nhau trên cùng một cây ký chủ và (3) một bệnh tr ên một cây có thể do hai virus khác nhau gây ra. Năm 1927, Johnson đề xuất rằng việc định tên một virus ngoài triệu chứng còn cần phải tính đến các đặc điểm khác và đề nghị đặt tên virus bằng tên thông thƣờng (common name) của ký chủ + từ virus + một số chỉ virus, ví dụ TMV đổi thành tobacco virus 1. Năm 1935, Johnson và Hoggan đã sử dụng 5 đặc điểm sau để phân loại virus thực vật: 1. Phƣơng thức lan truyền. 2. Ký chủ tự nhiên và cây chỉ thị. 3. Thời gian tồn tại trong dịch chiết cây (longevity in vitro, LIV) 19