Den komplexa 3D-strukturen för en av världens mest dödliga familjer av växtvirus har avslöjats i oöverträffad detalj av forskare vid Storbritanniens universitet i Leeds.

Geminivirus är ansvariga för sjukdomar som påverkar grödor som kassava och majs i Afrika, bomull på den indiska subkontinenten och tomater över hela Europa.

Att kunna se dess struktur i detalj är avgörande eftersom det kan hjälpa virologer och molekylära biologer att bättre förstå dess livscykel, och utveckla nya sätt att stoppa spridningen av dessa virus och de sjukdomar de orsakar.

Virusen är uppkallade efter sin nyfikna form. Virus har vanligtvis ett skyddande skal av protein, eller en kapsid, som verkar för att skydda sitt genetiska material i miljön. I de flesta virus, denna kapsid är ungefär sfärisk, men geminiviruset har en "tvinnad" kapsid som bildas av två ungefär sfäriska former som smälts samman.

De molekylära detaljerna om hur denna tvinnade kapsid uppnås - och hur den samlas i celler eller expanderar för att släppa genomet och starta en ny infektion - har förblivit ett mysterium, trots risken för viruset för jordbruksekonomier världen över.

Forskare vid universitetets Astbury Center for Strukturell molekylärbiologi använde kryonelektronmikroskopitekniker för att studera geminivirusstruktur med oöverträffad upplösning, och har i processen börjat lösa upp sina monteringsmekanismer.

Publicerad i Naturkommunikation , studien avslöjar hur kapsiden i geminiviruset är uppbyggd och hur dess enkelsträngade DNA-genom är förpackat.

"I många andra typer av virus, de sfäriska kapsiderna är byggda av ett enda protein som antar tre olika former, som sedan passar ihop för att bilda en sluten behållare, "förklarar professor Neil Ranson, som ledde forskargruppen vid Astbury Center. "Men ädelstenar är inte sfäriska, så måste använda en annan uppsättning regler. Med cryo-EM, vi har kunnat visa att de använder tre olika former av samma protein, men med en helt annan regelbok för montering. "

En av svårigheterna med att studera geminvirus är att odla dem i tillräckliga mängder för strukturstudier. Teamet studerade en typ av geminvirus som kallas ageratum gult venvirus, som producerades i tobaksväxter under noggrant kontrollerade förhållanden av forskare vid John Innes Center i Norwich.

Teamet på John Innes Center, ledd av Dr Keith Saunders och professor George Lomonossoff, utvecklade också en metod för att montera geminiviruspartiklar i växter i frånvaro av infektion. Detta belyste den roll som det enkelsträngade DNA:t spelar i partikelbildning.

"Efter att ha arbetat i många år för att förstå de sjukdomar geminivirus orsakar, det var mycket tillfredsställande att tillämpa moderna genetiska metoder för att generera dessa geminatstrukturer, sa Dr Saunders.

"Vi har nu kunnat analysera den roll som olika konformationer av pälsproteinet spelar för partikelmontering, och vi kan eventuellt göra andra virus och virusliknande partiklar som annars skulle vara omöjliga att isolera från naturliga infektioner. "

"Med hjälp av vår" nästa generations "kryo -elektronmikroskopi har vi modellerat positionen för majoriteten av atomerna i viruset", sa doktor Emma Hesketh, en postdoktoral forskare i Astbury Center, som utförde arbetet med att skapa bilder av strukturen.

"Denna teknik kallas ofta resolutionsrevolutionen, och det har gjort det möjligt för oss att få denna fascinerande - och mycket vackra - inblick i dessa strukturer. Genom att använda dessa tekniker för att förstå strukturen och livscykeln för dessa virus, vi kan komma ett steg närmare att förstå hur man avbryter den livscykeln, och hämmar spridningen av växtsjukdom. "