Geminiviridae

Geminiviridae
Gereinigtes Maize streak virus (MSV), der Maßstab entspricht 50 nm.
Systematik
Klassifikation: Viren Realm: Monodnaviria Reich: Shotokuvirae Phylum: Cressdnaviricota Klasse: Repensiviricetes Ordnung: Geplafuvirales Familie: Geminiviridae
Taxonomische Merkmale
Genom: (+/-)ssDNA zirkulär Baltimore: Gruppe 2 Symmetrie: dimer-ikosaedrisch Hülle: keine
Wissenschaftlicher Name
Geminiviridae
Links
NCBI Taxonomy: 10811 ViralZone (Expasy, SIB): 109 ICTV Taxon History: 201903169

Die Geminiviridae sind eine Familie von DNA-Viren, die verschiedene Pflanzenarten infizieren. Sie werden durch verschiedene Insekten übertragen. Sie sind Pathogene mit agrarwirtschaftlicher Bedeutung.

Aufbau

Virion

Schematische Zeichnung der Geminiviren.

Die Virionen (Virusteilchen) der Geminiviren besitzen ein unbehülltes Kapsid, das eine Länge von etwa 38 nm und ein Durchmesser von etwa 22 nm aufweist. Das Kapsid besitzt entlang der Hälfte der Längsseite eine Einschnürung. Durch die Einschnürung wird das Kapsid in zwei ungefähr gleiche Hälften von ikosaedrischerer Struktur mit einer Triangulationszahl von eins unterteilt, woher der Name Geminiviridae (lateinisch gemini ‚Zwillinge‘) stammt. Im Zellkern der Wirtszelle wird die virale einzelsträngige (+)-Strang-DNA ins Kapsid verpackt.

Genom

Geminiviren besitzen – wie auch Circoviren und Nanoviren – ein vergleichsweise kleines Genom aus einem einzelsträngigen zirkulären DNA-Molekül mit ambisense-Polarität von etwa 2,5–3,1 Kilobasen Länge mit zwei gegenläufigen offenen Leserastern. Bei manchen Begomoviren (z. B. AbMV) ist das Genom zweiteilig (englisch bipartite) mit zwei DNA-Strängen von je 2,6–2,8 Kilobasen, weshalb eine Infektion erst durch zwei Begomoviren mit unterschiedlichen Genomhälften erfolgen kann. Geminiviren sind möglicherweise aus einem Plasmid der Phytoplasma spp. entstanden. Die Genome der Geminiviren können bei einer Koinfektion zweier oder mehrerer Geminiviren rekombinieren. Das Genom wird durch die DNA-Polymerase der Wirtszelle im Zellkern einer Pflanzenzelle per rolling circle replication repliziert. Das virale Protein Rep schneidet die virale DNA im Replikationsursprung und leitet damit die Replikation ein. Die Replikation beginnt an inverted repeats bei der konservierten Nonanukleotid-Sequenz TAATATTAC, die möglicherweise eine stem loop-Sekundärstruktur ausbildet.

Proteine

Das Genom codiert für die Proteine Rep und CP (von englisch coat protein ‚Hüllprotein‘). Rep ist eine Endonuklease und leitet die Replikation des viralen Genoms ein. CP ist das Kapsidprotein und ist ein essentieller Bestandteil bei der Replikation des Genoms.

Replikationszyklus

Geminiviren werden nach der Aufnahme in die Zelle aus dem Zytosol durch einen Zellkernimport in den Zellkern geschleust. Dort initiiert Rep die Replikation der viralen DNA durch die DNA-Polymerase der Wirtszelle unter Beteiligung des CP und die Transkription. Die virale mRNA wird ins Zytosol geschleust, wo am Ribosom die viralen Proteine erzeugt werden. Die viralen Proteine werden in den Zellkern geschleust, lagern sich zusammen und binden virale DNA, wodurch die Virionen gebildet werden. Die Viren verlassen die Zelle unter anderem durch Knospung. Es ist bisher unklar, zu welchen Anteilen die Transmission durch Virionen oder über Desmosomen durch virale DNA mit gebundenem CP erfolgt.

Systematik

Geminiviridae ist die größte Familie einzelsträngiger DNA-Viren. Das Mastreviren werden durch verschiedene Zikaden übertragen, z. B. Das Maize streak virus und African streak viruses durch Cicadulina mbila (Zwergzikaden). Curtoviren und Topocuviren werden durch Buckelzirpen übertragen, z. B. das Tomato pseudo-curly top virus durch Micrutalis malleifera (Smiliinae). Begomoviren werden durch die Weiße Fliege Bemisia tabaci übertragen.

Die Familie Geminiviridae umfasst mit Stand 22. Juni 2021 folgende Gattungen (ehemalige Typusspezies sind mit (*) markiert):

• Gattung Becurtovirus

• Gattung Begomovirus (Spezies siehe Zielartikel)
• Gattung Capulavirus

• Gattung Citlodavirus

• Gattung Curtovirus

• Gattung Eragrovirus (monotypisch)

• Gattung Grablovirus

• Gattung Mastrevirus

• Gattung Mulcrilevirus

• Gattung Opunvirus (monotypisch)

• Gattung Topilevirus

• Gattung Topocuvirus (monotypisch)

• Gattung Turncurtovirus

Als Kladen/Genera/Spezies der Geminiviridae ohne genauere Zuordnung vorgeschlagen:

• Genus(?) „Baminivirus“ („Bangkok gemini-like virus“, BamiV)
• Genus(?) „Niminivirus“ („Nigeria gemini-like virus“, NimiV)

Helferviren

Die Geminiviridae können als Helferviren der Satellitenviren aus der Familie Tolecusatellitidae und der Unterfamilie Geminialphasatellitinae der Alphasatellitidae dienen.

Literatur

• G. P. Martelli et al.: Family Geminiviridae. In: A. M. Q. King, M. J. Adams, E. B. Carstens, E. J. Lefkowitz (Hrsg.): Virus Taxonomy. Ninth Report of the International Committee on Taxonomy of Viruses. Amsterdam 2012, ISBN 978-0-12-384684-6.
• D. M. Knipe, Peter M. Howley, D. E. Griffin, (Hrsg.): Fields Virology. 5. Auflage. Lippincott Williams & Wilkins, Philadelphia 2007, ISBN 978-0-7817-6060-7.

Weblinks

• MeSH Geminiviridae
• Viralzone: Geminiviridae
• ICTV: Index of Viruses – Geminiviridae. In: ICTVdB – The Universal Virus Database, version 4. Büchen-Osmond, C. (Hrsg.), Columbia University, New York 2009. ncbi.nlm.nih.gov
• Description of Plant Viruses
• MicrobiologyBytes: Plant Viruses (Memento vom 16. Dezember 2012 im Webarchiv archive.today)

Commons: Geminiviridae – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

1. ICTV: ICTV Taxonomy history: Maize streak virus, EC 51, Berlin, Germany, July 2019; Email ratification March 2020 (MSL #35)
2. S. M. Gray, N. Banerjee: Mechanisms of Arthropod Transmission of Plant and Animal Viruses. In: Microbiol Mol Biol Rev. Band 63, Nr. 1, 1999, S. 128–148, PMID 10066833, PMC 98959 (freier Volltext). 
3. Mart Krupovic, J. J. Ravantti, Dennis H. Bamford: Geminiviruses: a tale of a plasmid becoming a virus. In: BMC Evol Biol. Band 9, 2009, S. 112, doi:10.1186/1471-2148-9-112, PMID 19460138, PMC 2702318 (freier Volltext) – (biomedcentral.com [PDF]). 
4. R. Chasan: Geminiviruses: A Twin Approach to Replication. In: Plant Cell. Band 7, Nr. 6, 1995, S. 659–661, doi:10.1105/tpc.7.6.659 (plantcell.org [PDF]). 
5. ZKBS: Stellungnahme der ZKBS zur Risikobewertung von nachfolgend aufgelisteten Vertretern der Familie der Geminiviridae als Spender- und Empfängerorganismen für gentechnische Arbeiten gemäß § 5 Absatz 1 GenTSV: …, Az.: 6790-10-98, September 2010
6. C. Gutierrez: NEW EMBO MEMBERS' REVIEW: DNA replication and cell cycle in plants: learning from geminiviruses. In: EMBO. Band 19, Nr. 5, 2000, S. 792–799, doi:10.1093/emboj/19.5.792, PMID 10698921, PMC 305619 (freier Volltext). 
7. ICTV: ICTV Master Species List 2020.v1, New MSL including all taxa updates since the 2019 release, March 2021 (MSL #36)
8. SIB: Begomovirus, auf: ViralZone
9. SIB: Curtovirus, auf: ViralZone
10. Sudarsana Poojari, Olufemi J. Alabi, Viacheslav Y. Fofanov, Rayapati A. Naidu: A leafhopper-transmissible DNA virus with novel evolutionary lineage in the family geminiviridae implicated in grapevine redleaf disease by next-generation sequencing. In: PLoS One., Band 8, Nr. 6, 5. Juni 013, S. e64194; doi:10.1371/journal.pone.0064194. Dazu Korrektur vom 15. Januar 2016; doi:10.1371/journal.pone.0147510 (englisch).
11. Red Blotch Rising - SevenFifty Daily. In: sevenfifty.com. 6. Februar 2019, abgerufen am 22. März 2018 (englisch). 
12. Björn Krenz, Marc Fuchs, Jeremy R. Thompson: Grapevine red blotch disease: A comprehensive Q&A guide. In: PLOS Pathogens, 12. Oktober 2023; doi:10.1371/journal.ppat.1011671 (englisch). Dazu:
    • Auch Riesling in Gefahr: Ein Virus bedroht die globale Weinproduktion. Auf: n-tv.de vom 15. November 2023.
13. Grapevine Red Blotch Disease (GRBaV). University of California, Agriculture and Natural Reserves. UCCE Sonoma county.
14. Cornell and UC Davis Identify a New Virus Associated with Red Blotch Disease - Viticulture and Enology. In: grapesandwine.cals.cornell.edu. Abgerufen am 6. Februar 2019 (englisch). 
15. SIB: Mastrevirus, auf: ViralZone
16. NCBI: Barley dwarf virus (no rank)
17. SIB: Topocuvirus, auf: ViralZone
18. Terry Fei Fan Ng, Rachel Marine, Chunlin Wang, Peter Simmonds, Beatrix Kapusinszky, Ladaporn Bodhidatta, Bamidele Soji Oderinde, K. Eric Wommack, Eric Delwart: High variety of known and new RNA and DNA viruses of diverse origins in untreated sewage. In: J Virol., Band 6, Nr. 2), 18. Oktober 2012, S. 12161–12175. doi:10.1128/JVI.00869-12
19. NCBI: Baminivirus (species)
20. Achim Quaiser, Mart Krupovic, Alexis Dufresne, André-Jean Francez, Simon Roux: Diversity and comparative genomics of chimeric viruses in Sphagnum-dominated peatlands, in: Virus Evolution, Band 2, Nr. 2, Juli/Oktober 2016, vew025, doi:10.1093/ve/vew025. Insbes. Fig. 3
21. NCBI: Niminivirus (species)