ไวรอยด์

ไวรอยด์ () เป็นเชื้อสาเหตุโรคพืช (plant pathogen) ที่มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่มีรายงาน สมัยก่อนถูกจัดจำแนกไว้รวมกับไวรัส (virus) แต่ปัจจุบันถูกจัดจำแนกมาเป็นกลุ่มของตัวเองเนื่องจากความแตกต่างทางโครงสร้างและระดับอาร์เอ็นเอ       

ไวรอยด์เป็นเชื้อสาเหตุโรคพืชที่มีขนาดเล็กที่สุดเท่าที่เคยมีรายงานซึ่งมีขนาดที่เล็กกว่าเชื้อไวรัสอีก  นอกจากนี้ไวรอยด์ยังมีลักษณะพิเศษและแตกต่างจากเชื้อสาเหตุโรคชนิดอื่นๆ คือ โครงสร้างของไวรอยด์ (และไวรัส) ไม่ได้มีลักษณะเป็นเซลล์เหมือนสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น กล่าวคือ ไม่มีเยื่อหุ้มเซลล์ (cell membrane) รวมถึงองค์ประกอบเซลล์ (cell organelle) ที่จำเป็นในขั้นพื้นฐานสำหรับสิ่งมีชีวิต เช่น ไรโบโซม (ribosome) ซึ่งมีหน้าที่ในการสังเคราะห์โปรตีนให้กับเซลล์สิ่งมีชีวิต ด้วยเหตุผลดังกล่าวทำให้โครงสร้างของเชื้อไวรอยด์ (และไวรัส) ถูกจัดจำแนกเป็น “อนุภาค” (particle) และเนื่องจากองค์ประกอบพื้นฐานที่ไม่เป็นเซลล์ของทั้งไวรอยด์และไวรัส จึงทำให้เชื้อทั้งสองชนิดมีคุณลักษณะเป็น “ปรสิตถาวร” (obligate parasite) ที่จะเพิ่มปริมาณตัวเอง, มีการก่อให้เกิดโรคหรือแสดงอาการผิดปกติ รวมถึงแสดงคุณสมบัติความเป็นสิ่งมีชีวิตได้ก็ต่อเมื่อเชื้อไวรอยด์และไวรัสนั้นจะต้องติดเชื้อ (infection) อยู่ภายในเซลล์เจ้าบ้าน (host cell) แล้วเท่านั้น หากอยู่ภายนอกเซลล์โฮสต์ไม่ว่าจะเป็นพื้นผิววัสดุต่างๆ หรือในสิ่งแวดล้อม ไวรอยด์ (และไวรัส) จะไม่มีกิจกรรมหรือแสดงคุณสมบัติของความเป็นสิ่งมีชีวิตอยู่เลยแม้แต่น้อย ซึ่งต่างจากเชื้อสาเหตุโรคชนิดอื่นๆ (เชื้อรา, แบคทีเรีย, ไฟโตพลาสมา, โปรโตซัว และไส้เดือนฝอย) Hadidi, Ahmed, Ricardo Flores, John W. Randles, and Peter Palukaitis (2017). eds. Viroids and satellites. Academic Press.              

 องค์ประกอบ 
เชื้อไวรอยด์มีองค์ประกอบเพียงเส้นอาร์เอ็นเอสายเดี่ยว (ssRNA) ที่เป็นวงปิด มีขนาดตั้งแต่ 296-463 เบส (base) โดยไม่มีโปรตีน (coat protein) ห่อหุ้ม (ซึ่งแตกต่างจากเชื้อไวรัสที่จะมีโปรตีนห่อหุ้มสารพันธุกรรมของตัวเองรวมถึงอาจมี envelop หุ้มอีกชั้นในเชื้อไวรัสสัตว์) โดยเทียบได้ว่าไวรอยด์มีขนาดจีโนม (genome) ที่เล็กมากที่สุดเท่าที่เคยมีรายงานซึ่งเล็กกว่าไวรัสชนิดที่เล็กที่สุดด้วยซ้ำ (ประมาณ 2,000 base) เนื่องจากลำดับเบสภายในจีโนมของไวรอยด์มีลักษณะเป็น “self-complementary base-pair” คือมีลำดับนิวคลีโอไทด์ที่สามารถสร้างพันธะ hydrogen bond แบบจับกันเองภายในจีนโนมได้สูง จนทำให้จีโนมของไวรอยด์ที่เป็นวงอาร์เอ็นเอเกิดโครงสร้างทุติยภูมิ (secondary structure) ที่มีลักษณะคล้ายกับไม้เท้าหรือเหมือนวงหนังยางที่ถูกบิดเป็นเกลียว ที่เรียกว่า “rod-like structure” ในไวรอยด์วงศ์ Pospiviroidae หรือเป็น branched structure ในไวรอยด์ในวงศ์ Avsunviroidae นอกจากนี้แล้วไวรอยด์ยังเป็นสิ่งมีชีวิตเพียงชนิดเดียวที่ไม่สามารถสังเคราะห์โปรตีนได้เหมือนสิ่งมีชีวิตชนิดอื่น 

 โครงสร้างของเชื้อไวรอยด์ 
ไวรอยด์เป็นเชื้อสาเหตุโรคพืชที่สำคัญชนิดหนึ่ง มีองค์ประกอบเป็นอาร์เอ็นเอสายเดี่ยวที่เป็นวงปิดไม่มีโปรตีนห่อหุ้ม มีขนาดตั้งแต่ 246-399 เบส โดยปกติแล้วอาร์เอ็นเอไวรอยด์จะอยู่ในสภาพโครงสร้างทุติยภูมิที่มีลักษณะเป็น rod-shape (ภาพด้านล่าง) เนื่องจากการเกิดจับกันของเบสในสายอาร์เอ็นเอของเชื้อไวรอยด์ด้วยพันธะไฮโดรเจน ซึ่งเป็นโครงสร้างที่มีความเสถียรมากที่สุด  ไวรอยด์เป็นเชื้อปรสิตถาวรในพืชที่ไม่สามารถสังเคราะห์โปรตีนได้ การเพิ่มปริมาณ การเคลื่อนย้าย และการทำให้อาการผิดปกติจะใช้โปรตีนและสารเคมีต่าง ๆ จากพืชอาศัย  โครงสร้างของเชื้อไวรอยด์ประกอบไปด้วย 5 domain ได้แก่ 

1  Conserved central domain (C domain) ประกอบไปด้วยนิวคลีโอไทด์ประมาณ 95 เบส ซึ่งมีลักษณะอนุรักษ์สูง พบว่าบริเวณดังกล่าวจะเป็นบริเวณที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มปริมาณอาร์เอ็นเอของไวรอยด์เพื่อสร้างไวรอยด์รุ่นลูก  

2  Pathogenicity domain (P domain) เป็นบริเวณที่มีบทบาทเกี่ยวกับการทำให้พืชเป็นโรค และการแสดงอาการที่รุนแรงในการทำให้เกิดโรคของเชื้อไวรอยด์   P domain เป็นบริเวณที่ทำให้เกิดความแตกต่างของลักษณะอาการของโรคที่เกิดจากเชื้อ PSTVd เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงลำดับเบสทำให้ลักษณะอาการของโรคเปลี่ยนไป  

3  Variable domain (V domain) เป็นบริเวณที่มีความแปรผันของลำดับเบสมากที่สุด โดยมีระดับความเหมือนกันของบริเวณ V domain ของเชื้อที่มีความใกล้ชิดกันน้อยกว่า 50 เปอร์เซ็นต์  

4  Terminal domains (T domains) เป็นบริเวณปลายทั้ง 2 ด้านของโครงสร้างไวรอยด์ มีลักษณะเป็นเบสที่อนุรักษ์ในไวรอยด์กลุ่ม PSTVd 

 การเพิ่มปริมาณของเชื้อ 
การเพิ่มปริมาณของเชื้อไวรอยด์จะอาศัยกระบวนการ rolling circle ซึ่งทำให้แยกไวรอยด์ออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ ๆ ได้ตามลักษณะของกระบวนการจำลองตัวเอง และบริเวณที่เกิดการจำลองตัว คือ 

1.  พวกที่มีการจำลองตัวแบบ symmetric cycle กระบวนการนี้ เชื้อไวรอยด์จะจำลอง อาร์เอ็นเอสายลบเส้นยาวจาก อาร์เอ็นเอสายเดี่ยววงกลมเส้นบวก จากนั้นเส้นอาร์เอ็นเอสายลบเส้นยาวจะเกิดกระบวนการ self cleaving ได้เป็น monomeric minus strand และเกิดกระบวนการ self ligation ได้เป็น minus circle monomer จากนั้นจะเกิดกระบวนการ rolling circle ขึ้นที่ minus circle monomer ได้เป็นอาร์เอ็นเอสายเดี่ยวเส้นบวกเส้นใหม่ และเกิดกระบวนการ self cleaving ตัดตัวเองให้ได้เป็น monomeric plus strand แล้วเกิดกระบวนการ self ligation ได้เป็นไวรอยด์ที่สมบูรณ์ กระบวนการดังกล่าวจะเกิดขึ้นที่คลอโรพลาสต์ ตัวอย่างไวรอยด์ในกลุ่มนี้ได้แก่ Avocado sunblotch viroid (ASBVd)  Peach latent mosaic viroid (PLMVd) และ Chrysanthemum chlorotic mottle viroid (CChMVd)   

2.  พวกที่มีการจำลองตัวแบบ asymmetric cycle กระบวนการนี้ เชื้อไวรอยด์จะจำลองอาร์เอ็นเอสายลบเส้นยาวจาก อาร์เอ็นเอสายเดี่ยววงกลมเส้นบวก จากนั้นจะจำลองอาร์เอ็นเอสายเดี่ยวเส้นบวกเส้นใหม่ และจะเกิดกระบวนการ self cleaving ในการตัดตัวเองให้ได้เป็น monomeric plus strand แล้วเกิดกระบวนการ self ligation ได้เป็นไวรอยด์ที่สมบูรณ์ กระบวนการดังกล่าวจะเกิดขึ้นที่นิวเคลียสของเซลล์ ตัวอย่างไวรอยด์ในกลุ่มนี้ได้แก่ Potato spindle tuber viroid (PSTVd)    Citrus exocortis viroid (CEVd)    Hop stunt viroid (HSVd) และ Coconut cadang-cadang viroid (CCCVd) เป็นต้น 

 การจัดจำแนก 
ปัจจุบันเชื้อไวรอยด์ถูกจัดจำแนกออกมามากกว่า 30 species โดยองค์กรกลุ่มคณะกรรมการ “International Committee on Virus Taxonomy (ICTV)” ได้จัดจำแนกไวรอยด์ออกเป็น 2 วงศ์ (family) คือ Avsunviroidae (ออกเสียงว่า “เอฟซันไวรอยดีย์”) และ Pospiviroidae (ออกเสียงว่า “โพ-สปิไวรอยดีย์”) ตามคุณสมบัติต่างดังต่อไปนี้; ลักษณะโครงสร้างทุตยภูมิของเชื้อ, การปรากฏหรือไม่ของ central conserved region และ hammerhead ribozyme activity, องค์ประกอบเซลล์พืชที่ไวรอยด์ใช้ในการเพิ่มปริมาณ, กลไกการเพิ่มปริมาณและเอ็นไซม์ที่เกี่ยวข้อง, Host range หรือชนิดของพืชอาศัย โดยวงศ์ Avsunviroidae จะถูกจำแนกออกเป็น 3 สกุล (genus) ได้แก่ Avsunviroid, Pelamoviroid และ Elaviroid ในขณะที่วงศ์ Pospiviroidae ถูกจัดจำแนกออกเป็น 5 สกุล ได้แก่ Pospiviroid, Hostuviroid, Cocadviroid, Apscaviroid และ Coleviroid                           

ไวรอยด์ในวงศ์ Avsunviroidae มีโครงสร้างที่แตกต่างจากวงศ์ Pospiviroidae เนื่องจากไม่มีบริเวณ central conserved region ซึ่งเป็นลำดับเบสอนุรักษ์ที่จะปรากฏอยู่บริเวณกลางจีโนม ทำให้ลักษณะโครงสร้างทุติยภูมิมีความแตกต่างจากวงศ์ Pospiviroidae นอกจากนี้ไวรอยด์ในวงศ์ Avsunviroidae จะเพิ่มปริมาณเชื้อในคลอโรพลาสต์ (chloroplast) ของพืชอาศัยด้วยกลไกที่เรียกว่า “symmetric rolling-circle mechanism” โดยจะอาศัยโปรตีนและเอ็นไซม์ส่วนใหญ่จากคลอโรพลาสต์ โดยทั่วไปแล้วจำนวนชนิดพืชอาศัยของไวรอยด์ในวงศ์นี้ค่อนข้างแคบมาก 

ในขณะที่ไวรอยด์ในวงศ์ Pospiviroidae จะมีโครงสร้างทุติยภูมิเป็นแบบ “rod-like structure” โดยมีลำดับเบสอนุรักษ์ที่เรียกว่า “central conserved region” ปรากฏอยู่บริเวณกลางจีโนม ไวรอยด์ในวงศ์นี้จะเพิ่มปริมาณเชื้อในบริเวณนิวเคลียสของเซลล์พืชโดยจะอาศัยโปรตีนและเอ็นไซม์ที่อยู่ในนิวเคลียสด้วยกลไกที่เรียกว่า “asymmetric rolling-circle mechanism” ชนิดพันธุ์ไวรอยด์ที่มีรายงานส่วนใหญ่จะเป็นสมาชิกในวงศ์นี้ นอกจากนี้จำนวนชนิดพืชอาศัยของไวรอยด์ในวงศ์นี้จะกว้างกว่าวงศ์ Avsunviroidae มาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในไวรอยด์ในสกุล Pospiviroid, Hostuviroid, Cocadviroid และ Apscaviroid 

Family Pospiviroidae
Genus Pospiviroid; type species: Potato spindle tuber viroid;  356–361 nucleotides(nt)
Tomato chlorotic dwarf viroid; (TCDVd); accession AF162131, genome length 360nt
Mexican papita viroid; (MPVd); accession L78454, genome length 360nt
Tomato planta macho viroid; (TPMVd); accession K00817, genome length 360nt
Citrus exocortis viroid; 368–467 nt
Chrysanthemum stunt viroid; (CSVd); accession V01107, genome length 356nt
Tomato apical stunt viroid; (TASVd); accession K00818, genome length 360nt
Iresine 1 viroid; (IrVd-1); accession X95734, genome length 370nt
Columnea latent viroid; (CLVd); accession X15663, genome length 370nt
Genus Hostuviroid; type species: Hop stunt viroid; 294–303 nt
Genus Cocadviroid; type species: Coconut cadang-cadang viroid;  246–247 nt
Coconut tinangaja viroid; (CTiVd); accession M20731, genome length 254nt
Hop latent viroid; (HLVd); accession X07397, genome length 256nt
Citrus IV viroid; (CVd-IV); accession X14638, genome length 284nt
Genus Apscaviroid; type species: Apple scar skin viroid; 329–334 nt
Citrus III viroid; (CVd-III); accession AF184147, genome length 294nt
Apple dimple fruit viroid; (ADFVd); accession X99487, genome length 306nt
Grapevine yellow speckle 1 viroid; (GVYSd-1); accession X06904, genome length 367nt
Grapevine yellow speckle 2 viroid; (GVYSd-2); accession J04348, genome length 363nt
Citrus bent leaf viroid; (CBLVd); accession M74065, genome length 318nt
Pear blister canker viroid; (PBCVd); accession D12823, genome length 315nt
Australian grapevine viroid; (AGVd); accession X17101, genome length 369nt
Genus Coleviroid; type species: Coleus blumei viroid 1; 248–251 nt
Coleus blumei 2 viroid; (CbVd-2); accession X95365, genome length 301nt
Coleus blumei 3 viroid; (CbVd-3); accession X95364, genome length 361nt
Family Avsunviroidae
Genus Avsunviroid; type species: Avocado sunblotch viroid; 246–251 nt
Genus Pelamoviroid; type species: Peach latent mosaic viroid; 335–351 nt
Genus Elaviroid; type species: Eggplant latent viroid; 332–335 nt

 การถ่ายทอด 
เชื้อไวรอยด์ทุกชนิดจะถ่ายทอดโรคโดยวิธีกล (mechanical transmission) เป็นหลัก เช่น จากการปนเปื้อนของเครื่องมือและเครื่องจักรกลการเกษตร รวมถึงการปนเปื้อนอันเนื่องจากการใช้รถแทรคเตอร์ด้วย นอกจากนี้การปฏิบัติทางการเกษตรต่างๆ เช่น การติดตา ต่อกิ่ง ไถพรวน ล้วนสามารถก่อให้เกิดการแพร่กระจายของเชื้อได้ อย่างไรก็ตามไวรอยด์หลายชนิดสามารถถ่ายทอดโรคผ่านทางเมล็ดพันธุ์ซึ่งสร้างปัญหาให้กับธุรกิจการค้าเมล็ดพันธุ์เป็นอย่างมาก ไวรอยด์บางชนิดสามารถถ่ายทอดโรคผ่านทางละอองเกสรโดยอาศัยผึ้งหรือแมลงภู่เป็นพาหะได้ ทำให้พืชต้นดังกล่าวรวมถึงเมล็ดพันธุ์ติดโรคไปด้วย นอกจากนี้ไวรอยด์บางชนิดยังสามารถถ่ายทอดโรคผ่านทางเพลี้ยอ่อนได้ในระดับต่ำมาก (ต่ำระดับ 0.5%) ซึ่งแตกต่างจากเชื้อไวรัสที่มักจะถ่ายทอดโรคผ่านทางแมลงเป็นหลัก 

 อ้างอิง 

 แหล่งข้อมูลอื่น 

หมวดหมู่:กลุ่มเชื้อสาเหตุโรคพืช