ویروئیدها به‌عنوان کوچک‌ترین عوامل بیماری‌زای شناخته‌شده در دنیای گیاهان، جایگاه ویژه‌ای در پژوهش‌های اخیر بیماری‌شناسی گیاهی یافته‌اند. این مولکول‌های آر‌اِن‌اِی حلقوی، بدون پوشش پروتئینی و فاقد ظرفیت کدگذاری برای پروتئین، از نظر ساختاری ساده اما از منظر عملکردی بسیار پیچیده‌اند. تاکنون بیش از ۳۰ ویروئید شناسایی شده‌اند.

یکی از مکانیسم‌های مهم ویروئیدها، سوء استفاده از مسیرهای خاموشی آر‌اِن‌اِ است. این فرایند که معمولاً برای مهار ژن‌های خارجی یا پرخطر به کار می‌رود، توسط ویروئیدها به‌گونه‌ای هدایت می‌شود که به خاموشی برخی ژن‌های کلیدی میزبان منجر گردد. نتایج حاصل از مطالعات ترنسکریپتومی با استفاده از فناوری توالی‌یابی نسل جدید (NGS)، نشان داده‌اند که بسیاری از ویروئیدها با برهم‌زدن تعادل میان ام آی آر‌اِن‌اِ‌ها و هدف‌هایشان، تنظیم طبیعی ژن‌ها را مختل می‌سازند و در نتیجه موجب بروز علائم بیماری می‌شوند. این شباهت‌های ساختاری و عملکردی میان ویروئیدها و آر‌اِن‌اِهای کوچک تنظیمی، از جمله ام آی آر‌اِن‌اِ‌ها، دریچه‌ای نو به‌سوی تحلیل دقیق‌تر برهم‌کنش‌های ویروئید-میزبان گشوده است. بر همین اساس، درک عمیق از چگونگی عملکرد ویروئیدها در سطح اپی‌ژنتیک، رونویسی و پسارونویسی، نیازمند بررسی‌های جامع در زمینه آر‌اِن‌اِهای تنظیمی است. به‌ویژه مطالعه میکرو آر‌اِن‌اِ هایی که در شرایط آلودگی ویروئیدی دستخوش تغییر در سطح بیان می‌شوند، و شناسایی ژن‌های هدف آن‌ها، می‌تواند نقش کلیدی در شفاف‌سازی مکانیسم‌های بیماری‌زایی ایفا کند.

بررسی‌های انجام ‌شده بر روی میزبان‌های آلوده به ویروئیدها نشان می‌دهند که این پاتوژن‌ها با القای تغییر در بیان ژن‌های مرتبط با مقاومت، تنفس، فتوسنتز، متابولیسم ثانویه و تولید آنزیم‌های دفاعی نظیر پراکسیداز، پلی‌فنول‌اکسیداز و PAL، موجب سازگاری یا اختلال در عملکرد گیاه می‌شوند. همچنین، برخی انتقال‌دهنده‌های ABC و پروتئین‌های PPR که در تنظیم بیان ژن‌های کلروپلاستی نقش دارند، نیز در حضور ویروئیدها دچار تغییر در سطح بیان می‌شوند. این تغییرات به‌ویژه در موارد آلودگی به ویروئیدهای خاصی چون CEVd و CVdV، و یا آلودگی‌های ترکیبی، شدیدتر گزارش شده‌اند.

در نهایت، مطالعات ترکیبی در زمینه ویروئیدها و میکروآر‌اِن‌اِها، ما را به‌سمت درک یک سیستم تنظیمی پیچیده سوق می‌دهند؛ سیستمی که در آن، پاتوژن‌های آر‌اِن‌اِ دار با سوء‌استفاده از مکانیسم‌های تنظیمی میزبان، چرخه‌های رشد و دفاع گیاه را تحت کنترل خود درمی‌آورند. تحلیل‌های ترنسکریپتومی و پروفایل‌سازی دقیق ام آی آر‌اِن‌اِ‌ها در گیاهان آلوده، ابزاری کلیدی برای شناسایی گره‌های تنظیمی اصلی در این مسیرها به شمار می‌روند. چنین دانشی نه‌تنها از نظر تئوریک در فهم تعاملات مولکولی حائز اهمیت است، بلکه زمینه‌ساز طراحی راهکارهای نوین در کنترل پایدار بیماری‌های ویروئیدی نیز خواهد بود.

فهرست

مقدمه. 13

فصل اول: ویروئیدها 17

ویروئیدها 17

تکثیر ویروئیدها 18

طبقه‌بندی‌ ویروئیدها 19

خانواده Avsunviroidae. 19

خانواده Pospiviroidae. 23

ساختار، عملکرد و تنوع تاکسونومیک... 23

ساختار کلی و ویژگی‌های همانندسازی.. 23

مناطق عملکردی آر‌اِن‌اِی ویروئید. 23

طبقه‌بندی تاکسونومیک و ویژگی‌های جنس‌های مختلف... 24

۱. جنس Apscaviroid. 25

۲. جنس Cocadviroid. 27

۳. جنس Coleviroid. 29

۴. جنس Hostuviroid. 29

۵. جنس   Pospiviroid. 30

دامنه میزبانی و علائم ویروئیدهای مرکبات... 32

گسترش دامنه میزبانی ویروئیدها 33

تکثیر ویروئیدها در پروتوپلاست‌های غیرمیزبان.. 34

علائم بیماری در میزبان‌های مختلف... 34

مکانیسم‌های احتمالی گسترش دامنه میزبانی.. 35

علائم بیماری های ویروئیدی.. 36

علائم اختصاصی بیماری‌های ویروئیدی در گیاهان.. 37

بیماری اگزوکورتیس مرکبات... 37

بیماری کاککسیای مرکبات... 39

ویروئید CBLVd. 40

ویروئید CDVd و اثر آن بر سیترون.. 41

علائم در آلودگی‌های هم‌زمان ویروئیدی.. 41

ویروئید CBCVd در مرکبات و رازک... 41

سایر ویروئیدهای مرکبات و ویژگی‌های اختصاصی آن‌ها 42

شیوع نسبی ویروئیدها و ترکیب‌های آلوده‌کننده 42

میزبانی بدون علائم در گیاهان زینتی.. 42

اهمیت دامنه میزبانی وسیع ویروئیدها 42

مکانیسم‌های ایجاد علائم توسط ویروئیدها 43

عوامل موثر بر شدت علائم.. 43

روش‌های انتقال ویروئیدها 43

گسترش دامنه میزبانی و تنوع ژنومی ویروئیدها: نشانه‌هایی از تعامل با مسیرهای تنظیمی آر‌اِن‌اِ 44

انتقال ویروئیدها توسط حشرات... 45

برهم‌کنش‌های ویروئیدها: از اصول و ویژگی‌ها تا تأثیرات در گیاهان.. 46

تعاملات ویروئید-ویروئید در گیاه میزبان.. 46

شواهد هم‌افزایی در برهم‌کنش‌های ویروئیدی.. 47

اثر ترکیب ویروئیدها بر علائم بیماری.. 47

تعاملات هم‌افزای ویروئیدهای جنس Apscaviroid. 47

واکنش زنجیره پلیمراز بر خط نیمه کمی (qRT-PCR) روش‌ها و نتایج تجربی.. 48

اثرات برهم‌کنش‌های ویروئیدی و تغییرات غلظت ویروئیدها 48

اثرات وابسته به گونه‌ی میزبان.. 49

برهم‌کنش ویروئیدها با ویروس‌ها 52

تأثیرات ترکیبی ویروئیدها بر گیاهان و راه‌های مبارزه با آن‌ها 52

برهم‌کنش بین ویروس لکه حلقوی هسته‌داران(PNRSV) و ویروئید موزاییک پنهان هلو PLMVd)) 52

تأثیر ویروئید CDVd بر برهم‌کنش با ویروس تریستزای مرکبات CTV)) 53

برهم‌کنش‌های ویروئیدها و تأثیرات PTGS در گیاهان.. 53

تغییرات تیتر ویروئیدها در آلودگی‌های ترکیبی: نشانه‌ای از رقابت در مسیرهای RNA تنظیمی   54

پیوند بین PTGS و تغییرات در شدت علائم بیماری.. 55

فصل دوم: اثر ویروئیدها بر میزبان.. 57

اثر ویروئیدها بر میزبان.. 57

اثر ویروئیدها بر پروتئوم و متابولوم میزبان.. 57

متابولومیک گیاهی و اهمیت آن در پاسخ به تنش‌ها 58

تغییرات متابولیکی ناشی از آلودگی ویروئیدی.. 58

نقش پروتئین‌های گیاهی در تکثیر و حرکت ویروئیدها 58

مکانیزم‌های مقاومت و نقش متابولیت‌ها 59

آنالیز متابولومیک در آلودگی گیاهان.. 59

اثر ویروئیدها بر ترانسکریپتوم میزبان.. 59

اثر ویروئیدها بر فیزیولوژی و مکانیسم‌های دفاعی میزبان از طریق میکرو آر‌اِن‌اِ‌ها 61

نقش ویروئیدها در خاموشی‌ژن از طریق مسیرهای تنظیمی وابسته به میکروآر‌اِن‌اِ 61

اثر ویروئیدها بر رونویسی ژن‌ها: نقش میانجی میکرو آر‌اِن‌اِها در تغییر مسیرهای دفاعی و رشد  62

اثر ویروئیدها بر انتقال سیگنال.. 63

اثر ویروئیدها بر عملکرد هورمون‌های گیاهی.. 64

اثر ویروئیدها بر سیستم دفاعی میزبان.. 65

اثر ویروئیدها بر ژن‌های پاسخ‌دهنده به‌تنش‌های‌زیستی و غیرزیستی‌درگیاهان.. 66

اثر ویروئیدها بر رشد و توسعه گیاه 68

اثر ویروئیدها بر فتوسنتز گیاه 68

اثر ویروئیدها بر پروتئین‌سازی در گیاه میزبان.. 68

فصل سوم: میکرو آر‌اِن‌اِها 71

بیوژنز میکرو آر‌اِن‌اِ (اِم آی آر‌اِن‌اِ) 71

تکامل اس آی آر‌اِن‌اِ و میکرو آر‌اِن‌اِ 74

تکامل اس آی آر‌اِن‌اِ و میکرو آر‌اِن‌اِ در گیاهان و حیوانات... 74

تکامل و گسترش اس آی آر‌اِن‌اِ و میکرو آر‌اِن‌اِ 74

کشف و عملکرد میکرو آر‌اِن‌اِی‌ها در گیاهان.. 75

نقش میکرو آر‌اِن‌اِی‌ها در تعامل گیاه با ویروئیدها 75

گسترش نقش میکرو آر‌اِن‌اِی‌ها در سیستم‌های یوکاریوتی.. 76

انواع آر‌اِن‌اِهای کوچک مرتبط با خاموشی ژن.. 76

انواع آر‌اِن‌اِی‌های کوچک مرتبط با خاموشی ژن و نقش آن‌ها در مقاومت گیاهان به بیمارگرها 76

تولید و عملکرد اِس آی آر‌اِن‌اِ‌ها در گیاهان.. 76

انواع اِس آی آر‌اِن‌اِهای داخلی و نقش آن‌ها در تعامل گیاه-بیمارگر. 77

تأثیر اِس آی آر‌اِن‌اِ‌ها بر مقاومت گیاهان.. 78

پدیده خاموشی آر‌اِن‌اِ 80

مراحل بیوشیمیایی خاموشی آر‌اِن‌اِ 80

مسیرهای خاموشی آر‌اِن‌اِ و نقش آن در تنظیم بیان ژن در گیاهان.. 80

مکانیسم خاموشی آر‌اِن‌اِ و عملکرد آنزیم دایسر. 81

سه مسیر اصلی خاموشی آر‌اِن‌اِ 81

اندازه و نقش آر‌اِن‌اِهای کوچک در تنظیم بیان ژن و مکانیسم‌های دفاعی گیاهان.. 83

اندازه آر‌اِن‌اِ‌های کوچک و پردازش آن‌ها توسط آنزیم‌های Dicer-like (DCL) 83

نقش DCLها در پردازش آر‌اِن‌اِهای کوچک... 83

پیوند بین آر‌اِن‌اِهای کوچک و پروتئین‌های آرگونات (AGO) 84

ارتباط آر‌اِن‌اِهای کوچک با مکانیسم‌های دفاعی گیاهان.. 85

منشأ و تکامل ژن‌های جدید میکرو آر‌اِن‌اِ در گیاهان و ارتباط آن با بیماری‌زایی ویروئیدها 86

مکانیزم‌های تولید و تکامل ژن‌های جدید میکرو آر‌اِن‌اِ 86

پیشرفت‌های اخیر در تکامل میکرو آر‌اِن‌اِ و ارتباط آن‌ها با ویروئیدها 89

دگرگونی و عملکرد میکرو آر‌اِن‌اِ در گیاهان و تعامل با ویروئیدها 89

فصل چهارم: سازوکار بیماری‌زایی ویروئیدها و نقش خاموشی آر‌اِن‌اِ 91

ارتباط میکرو آر‌اِن‌اِها با ویروئیدها و بیماری‌زایی آن‌ها 91

ارتباط بین خاموشی آر‌اِن‌اِ، میکروآر‌اِن‌اِها و ویروئیدها 92

نقش میکرو آر‌اِن‌اِی‌ها در تنظیم بیان ژن و مقاومت گیاهان به ویروئیدها 92

ارتباط ژن‌های جدید میکرو آر‌اِن‌اِ با بیماری‌زایی ویروئیدها 93

نقش مطالعات ترانسکریپتومیک در درک مقاومت گیاهی به ویروئیدها 95

مزایای مطالعات ترانسکریپتومیک در آینده 95

نقش آر‌اِن‌اِهای کوچک در بیماری‌زایی ویروئیدها و مکانیسم‌های دفاعی گیاهان.. 95

آر‌اِن‌اِهای کوچک ویروئیدی و نحوه تعامل آن‌ها با میزبان.. 96

خاموشی آر‌اِن‌اِ و نقش آن در مقابله با ویروئیدها 98

مسیرهای مختلف‌تولید آر‌اِن‌اِهای کوچک‌ویروئیدی و نقش‌آن‌ها در ایجادعلائم‌بیماری.. 100

نقش میکرو آر‌اِن‌اِ‌های گیاهی در پاسخ ضدویروسی و تنظیم بیان ژن در آلودگی‌های ویروئیدی   102

مطالعه نقش اِم‌آی‌آر‌اِن‌اِ‌ها در ویروئید CBCVd و تأثیر آن بر بیان ژن‌های میزبان.. 102

شدت علائم‌بیماری‌ونقش آر‌اِن‌اِهای کوچک درتعیین‌شدت بیماری‌زایی ویروئیدها 103

متیلاسیون دی اِن اِ و تأثیر آن بر تعامل ویروئیدها با میزبان.. 103

توالی‌یابی نسل جدید (NGS) و نقش آن در مطالعه ویروئیدها و آر‌اِن‌اِهای کوچک تنظیمی در گیاهان  104

پلتفرم‌های توالی‌یابی نسل جدید و مکانیسم عملکرد آن‌ها 105

مطالعه آر‌اِن‌اِهای کوچک تنظیمی مرتبط با ویروئیدها از طریق NGS. 107

1. تغییرات بیان میکرو آر‌اِن‌اِها در گیاهان آلوده به ویروئیدها 107

2. تأثیر آر‌اِن‌اِهای کوچک ویروئیدی بر مسیرهای دفاعی گیاهان.. 108

نقش خاموشی آر‌اِن‌اِ در مقاومت به ویروئیدها 110

فصل پنجم: مهندسی مقاومت علیه ویروئیدها 111

مکانیسم‌های بیماری‌زایی ویروئیدها در گیاهان میزبان.. 112

راهبردهای مهندسی مقاومت علیه ویروئیدها 113

1- مقاومت طبیعی و منابع ژنتیکی میزبان.. 113

2- روش‌های مهندسی غیرتراریخته (Non‑transforming Approaches) 114

آر‌اِن‌اِی آی پاشیدنی Spray-Induced Gene Silencing; SIGS)) 114

استفاده از آر‌اِن‌اِ‌های کوچک برای کنترل ویروئیدها 115

۱. فناوری آر‌اِن‌اِی آی مبتنی بر آر‌اِن‌اِ دو رشته‌ای (دی‌اِس‌آر‌اِن‌اِ و اچ‌پی‌آر‌اِن‌ا) 116

2. فناوری آر‌اِن‌اِهای کوچک مصنوعی (آرت- اِس آر‌اِن‌اِی آی) 116

فناوری‌های ویرایش آر‌اِن‌اِ و کنترل موقت (Transient RNA editing) 119

3. مهندسی ژنتیک و فناوری‌های تبدیل (Transforming Approaches) 119

خاموشی آر‌اِن‌اِ (آر‌اِن‌اِی آی) و کاربردهای آن.. 119

فناوری CRISPR/Cas در مهندسی مقاومت... 120

فناوری CRISPR/Cas13 برای ایجاد مقاومت به ویروئیدها 121

کاربرد فناوری CRISPR/Cas13 در مقاوم‌سازی گیاهان علیه ویروئیدها 121

مکانیسم عملکرد فناوری CRISPR/Cas13 در کنترل ویروئیدها 121

بهینه‌سازی طراحی سیستم CRISPR/Cas13 برای مقابله با ویروئیدها 122

مقایسه فناوری CRISPR/Cas13 با روش‌های کلاسیک آر‌اِن‌اِی آی در کنترل ویروئیدها 122

کاربردهای عملی CRISPR/Cas13 در مقاوم‌سازی گیاهان علیه ویروئیدها 123

چشم‌انداز آینده CRISPR/Cas13 در کنترل ویروئیدها 123

4. فناوری‌های نوظهور و کاربردی زیست‌محیطی.. 124

آر‌اِن‌اِی آی پاشیدنی Spray-Induced Gene Silencing; SIGS)) 124

نانوذرات و سیستم‌های تحویل هوشمند. 124

ویرایش ژنوم بدون ورود دی اِن اِ (DNA-free Genome Editing) 125

کاربردهای زیست‌محیطی و اقتصادی.. 125

ارزیابی روش‌های مهندسی مقاومت علیه ویروئیدها 125

۱. روش‌های غیرتراریخته: کاربردی و کم‌خطر. 126

۲. روش‌های مهندسی ژنتیک: پایداری و اختصاصیت بالا. 126

فناوری‌های نوظهور: پلی میان مزایا و معایب... 127

ارزیابی کلی و کاربردی بودن روش‌ها 127

منابع.. 129

نمایه انگلیسی... 139

نمایه فارسی... 143