Genomi szerveződés és expresszió
A luteovírusok genomi RNS-e öt-hét konzervált ORF-et tartalmaz (3. ábra). Az 1., 2., 3. és 5. ORF-ek közösek a Luteoviridae valamennyi tagja között. A luteovírusokból hiányzik az ORF0. Az enamovírusokból hiányzik az ORF4. A luteo- és polerovírusok genomja tartalmaz egy kis ORF-et (ORF3a) az ORF3 előtt. A luteovírus genomok egy kis ORF-et (ORF6) tartalmaznak az ORF5 után. A PLRV genom az ORF5-ön belül a 6. és 7. ORF-et, az ORF1-en belül pedig az ORF8-at tartalmazza. Az enamo- és polerovírusokban az ORF0 több mint 600 nt-tal átfedésben van az ORF1-gyel, amely szintén több mint 600 nt-tal átfedésben van az ORF2-vel. A luteovírusokban az ORF1 kevesebb mint 50 nt-tal átfedésben van az ORF2-vel. A legtöbb luteo- és polerovírus genomszekvenciájában az ORF4 teljes egészében az ORF3-ban található. Az ORF5-öt egyetlen, keretben lévő borostyán (UAG) terminációs kodon választja el az ORF3-tól.
3. ábra. A Luteoviridae családba tartozó nemzetségek vírusgenomjainak térképei. Az egyes ORF-eket nyitott dobozok mutatják. Az ORF-ek függőlegesen vannak eltolva, hogy az egyes ORF-ek által elfoglalt különböző olvasókeretek láthatóak legyenek. A sárga dobozok fehérjetermékeket jelölnek, amelyek jobb oldalán az előre jelzett méretek vannak felsorolva. Az enamo- és polerovírusok ORF1 által kódolt polifehérjék a proteázt és a genomhoz kötött fehérjét (VPg) tartalmazzák. Az ORF2 által kódolt fehérjék prediktált aminosav-szekvenciái az RNS-függő RNS-polimerázokhoz hasonlóak. Az ORF3, amely a fő köpenyfehérjét kódolja, az ORF5-től borostyánszínű terminációs kodonnal van elválasztva. Az ORF4, amennyiben jelen van, leggyakrabban az ORF3-ban található, és egy olyan fehérjét kódol, amely a vírus sejtek közötti mozgásához szükséges. A luteo- és polerovírusok tartalmaznak egy ORF3a-t, amelynek transzlációja egy nem-AUG kodonnal kezdődik. A luteovírusok 3′-es nem kódoló régiói transzlációfokozó elemeket (BTE) tartalmaznak. A PLRV-ben az ORF7 az ORF5 C-terminusával keretben van, és az ORF8 transzlációját egy belső indító riboszóma belépési hely (IRES) közvetíti. A luteo- és polerovírusok három szubgenomiális RNS-t (sgRNS) termelnek, az enamovírusok viszont egyetlen sgRNS-t.
A luteovírusok viszonylag rövid 5′ és intergenikus nem kódoló szekvenciákkal rendelkeznek. Az első ORF-et a CABYV RNS-ben 21 nt, a szójabab törpevírus (SbDV) RNS-ben pedig 142 nt előzi meg. A 2. és 3. ORF-et 112-200 nt nem kódoló RNS választja el egymástól. Jelentős eltérés van az ORF5 után következő szekvencia hosszában, amely a CYDV-RPV esetében 167 nt-tól az SbDV esetében 650 nt-ig terjed.
A luteovírusok sokféle stratégiát alkalmaznak kompakt genomjuk kifejezésére. A 0, 1, 2 és 8 ORF-eket közvetlenül genomiális RNS-ből fejezik ki. A downstream ORF-eket szubgenomiális RNS-ek (sgRNS-ek) fejezik ki, amelyeket a vírus által kódolt RNS-függő RNS-polimerázok (RdRps) negatív szálú RNS-ekből belső indítóhelyekről írnak át, és amelyek 3′ ko-terminálisak a genomiális RNS-szel. Mivel a polero- és enamovírusok ORF0 indító kodonja az ORF1 indító kodonja előtt van, az ORF1 transzlációja “szivárgó pásztázással” indul, amelyben a riboszómák megkerülik az ORF0 AUG-ját, és tovább pásztázzák a genomi RNS-t, amíg el nem érik az ORF1 AUG-ját. Az ORF2 fehérjetermékei az ORF1 termékével transzlációs fúzióban fejeződnek ki. Az ORF1 expressziója során alacsony, de jelentős gyakorisággal a transzláció az ORF2-be folytatódik egy -1 frameshift révén, amely egy nagy fehérjét hoz létre, amely egyetlen polipeptidben tartalmazza az ORF1 és ORF2 által kódolt szekvenciákat. A frameshiftet egy “csúszós hepta-nukleotid szekvencia” (X XXY YYZ formában) és egy pszeudoknótának nevezett downstream RNS másodlagos szerkezet közvetíti, amely a riboszómákat szüneteltetésre készteti, majd egy nt-tel hátrébb tolódik, mielőtt a transzlációt az új olvasási keretben folytatná. Az ORF8, amelyet csak a PLRV-ben azonosítottak, teljes egészében az ORF1-en belül, egy másik olvasási keretben található, és egy 5 kDa replikációhoz kapcsolódó fehérjét kódol. Az ORF8 kifejeződéséhez az ORF-en belüli szekvenciák egy belső riboszóma belépési helynek (IRES) nevezett struktúrába hajtódnak, amely a riboszómákat a PLRV RNS 5′ terminusától kb. 1600 nt-mal lefelé a transzláció elindításához toborozza.
A 3a, 3, 4 és 5 ORF-ek egy szivárgó szkennelési mechanizmuson keresztül fejeződnek ki az sgRNS1 5′ terminusától, amely az ORF3-tól kb. 200 nt-mal feljebb, az ORF2 végén található, és a genom 3′ terminusáig terjed. Az ORF3a transzlációja egy nem-AUG kodonnál kezdődik. A legtöbb luteo- és polerovírus ORF4-je az ORF3-ban található. Minden luteovírusban az ORF5 csak az ORF3 termékeivel való transzlációs fúzió formájában fejeződik ki az ORF3 végén lévő UAG stopkódon átolvasásával, ami egy olyan fehérjét eredményez, amelynek N-terminusán az ORF3 terméke, C-terminusán pedig az ORF5 terméke található. Az átolvasást helyi és távolsági RNS-RNS kölcsönhatások szabályozzák, és a luteovírusok és néhány polerovírus esetében az ORF3 stopkódon utáni CCXXXX ismétlődések (ahol X bármely bázis) jelenléte szükséges. A luteo- és polerovírusok második kisebb sgRNS-t termelnek, amely képes az ORF 6 és 7 kifejezésére. Harmadik sgRNS-ek, amelyek a jelek szerint nem kódolnak fehérjéket, nagyon nagy mennyiségben termelődnek a luteovírusokban, de csak kis mennyiségben a PLRV-ben.
Míg az enamo- és polerovírus RNS-ek 5′ VPgs-t tartalmaznak, amelyek kölcsönhatásba lépnek a transzlációindító faktorokkal, a luteovírus RNS-ek csak 5′ foszfátot tartalmaznak. A nem módosított 5′ terminusokat rosszul ismerik fel a transzláció iniciálásához. E probléma megkerülése érdekében a BYDV-PAV genom tartalmaz egy rövid szekvenciát (BYDV-transzlációs elem; BTE), amely az ORF5 után a 3′ nem kódoló régióban található, és amely kölcsönhatásba lép a genomi RNS és az sgRNS1 5′ terminusaihoz közeli szekvenciákkal, hogy elősegítse a sapkától független transzlációindítást.
A poszttranszkripciós géncsendesítés (PTGS) egy veleszületett és erősen adaptív vírusellenes védelem, amely minden eukariótában megtalálható, és amelyet a vírusreplikáció során keletkező kettősszálú RNS-ek (dsRNS-ek) aktiválnak. A luteovírusok által kódolt fehérjék funkcióinak vizsgálata azt mutatta, hogy az ORF0 által kódolt 28-34 kDa fehérjék a polero- és enamovírusok helyi és szisztémás PTGS-ének erős szuppresszorai. A luteovírusok genomjából hiányzik az ORF0, de a luteovírusokban az ORF4 terméke a szisztémás PTGS szuppressziójában működik.
Az enamo- és polerovírusok ORF1-kódolt fehérjéi tartalmazzák a VPg-t és egy kimotripszinszerű szerin proteázt, amely az ORF1-kódolt polifehérjék proteolitikus feldolgozásáért felelős. A proteáz belsőleg hasítja az ORF1 fehérjét, hogy felszabadítsa a VPg-t, amely kovalensen kapcsolódik a genomi RNS-hez. A PLRV ORF8 által expresszált fehérje szükséges a vírus replikációjához. A luteovírusok ORF2-je 59-67 kDa méretű fehérjéket kódol, amelyek nagyon hasonlóak az ismert RdRps-ekhez, és ezért valószínűleg a vírusreplikáz katalitikus részét képviselik.
A luteo- és polerovírusok esetében az ORF3a erősen konzervált 4,8-5,3 kDa méretű fehérjéket termel, amelyek a hosszú távú mozgáshoz elengedhetetlenek. Az ORF3 kódolja a luteovírusok fő CP-jét, amelynek mérete 21 és 23 kDa között mozog. Az ORF5 kódoló kapacitása 29-56 kDa. Az ORF5 azonban csak az ORF3 termékével való transzlációs fúzió formájában fejeződik ki, amikor az esetek kb. 10%-ában a transzláció nem áll meg az ORF3 végén, hanem az ORF5 végéig folytatódik. Ennek az átolvasási fehérjének az ORF5 része szerepet játszik a levéltetvek átvitelében és a vírus stabilitásában. A PLRV-vel és a BYDV-PAV-val végzett kísérletek kimutatták, hogy az ORF5 readthrough fehérje N-terminális régiója határozza meg a vírusrészecskék azon képességét, hogy a levéltetű-vektorok endoszimbionta baktériumai által termelt fehérjékhez kötődjenek. Úgy tűnik, hogy a vírusrészecskéknek ezekkel a fehérjékkel való kölcsönhatása elengedhetetlen a vírusok levéltetvekben való perzisztenciájához. A PEMV-1 ORF5-jén belüli nukleotidszekvencia-változások megszüntetik a levéltetvek átvihetőségét. Az ORF5 fehérjék N-terminális részei erősen konzerváltak a luteovírusok között, míg a C-terminálisok sokkal variábilisabbak.
A luteo- és polerovírus genomok rendelkeznek egy ORF4-gyel, amely az ORF3-ban található, és 17-21 kDa fehérjéket kódol. Az ORF4-ben mutációkat tartalmazó vírusok képesek izolált növényi protoplasztokban szaporodni, de egész növényekben hiányos vagy késleltetett a szisztémás mozgásuk. Úgy tűnik tehát, hogy az ORF4 terméke szükséges a vírus fertőzött növényeken belüli mozgásához. Ezt a hipotézist alátámasztja az a megfigyelés, hogy az enamovírusokból hiányzik az ORF4. Míg a luteo- és polerovírusok a floemre és a kapcsolódó szövetekre korlátozódnak, addig a PEMV-1 zomántavírus képes szisztémásan mozogni más növényi szövetekben a PEMV-2 jelenlétében, amely természetes körülmények között változatlanul együtt létezik a PEMV-1-gyel.
Néhány luteo- és polerovírus genomja tartalmaz kis ORF-eket az ORF5-ön belül és/vagy utána. A luteovírusokban ezekből az ORF-ekből nem mutattak ki fehérjetermékeket a fertőzött sejtekben. Az ORF6-ot nem expresszáló BYDV-PAV genomok még mindig képesek protoplasztokban szaporodni. A PLRV ORF 6 és 7 által expresszált fehérjék előre jelzett mérete 7,1, illetve 14 kDa. Mutációs vizsgálatok alapján azt javasolták, hogy ezek a genomi régiók szabályozhatják a transzkripciót a fertőzés késői szakaszában.