a Bipartite Begomoviren
DNA-A von bipartiten Geminiviren kodiert zwei Proteine (AV1 und AV2) im Virionssinn und vier Proteine (AC1–AC4) im komplementären Sinn; DNA-B kodiert jeweils ein Protein (BV1 und BC1) im Virionssinn bzw. komplementären Sinn (Abbildung 6.40A). In MYMV-DNA-A gibt es zwei Transkripte im Virionssinn (Shivaprasad et al., 2005). Das Produkt aus ORF AV1 wird aus einem Transkript ab Position 141 und das für AV2 aus einem Transkript ab Position 137 übersetzt (Abbildung 6.40B). Da sich das Initiationscodon für AV2 an Position 141 befindet, könnte die Translation nicht mit dem kürzeren Transkript beginnen, da es keine Leader-Sequenz geben würde. Eine ähnliche Situation des undichten Scannens betrifft die Transkription und Translation von MYMV DNA-B Virion-Sense, wobei das undichte Scannen des kurzen ORF BV2 für die Translation von BV1 umgangen wird.
Die komplementäre Sense-Transkription ist viel komplexer und führt zu mehreren überlappenden RNAs mit gemeinsamen 3′-Enden, die sich jedoch in ihren 5′-Enden unterscheiden. Die drei komplementären Sense-RNAs aus TGMV-B-DNA translatieren alle zu Protein BC1, während diejenigen aus DNA-A unterschiedliche Codierungskapazitäten aufweisen. Das größte Transkript, AC61 (Transkripte werden nach ihren 5′-Enden bezeichnet, so dass AC61 von der komplementären Seite von DNA-A ab Nukleotid 61 stammt), bedeckt die gesamte linke Seite von DNA-A und ist die einzige RNA, die Rep-Protein in voller Länge liefert (siehe Kapitel 7, Abschnitt VIII, D, 4 für Rep-Proteine). AC2540 und AC2515 exprimieren möglicherweise ORF AC4 und die kleinsten RNAs (AC1935 und AC1629) spezifizieren jeweils AC2 aus ihrem ersten ORF und AC3 aus ihrem zweiten ORF (Hanley-Bowdoin et al., 2000; Schung et al., 2006). Der AC1629-Promotor enthält eine konservierte Bindungsstelle für Kernproteine aus Tabak und Arabidopsis, die für die Expression von AC2 und AC3 notwendig ist (Tu und Sunter, 2007). AC2 wird jedoch nur aus dem AC1629-Transkript exprimiert, während AC3 aus beiden Transkripten exprimiert wird. Es wird angenommen, dass AUG-Translationsinitiationscodons innerhalb der 5’UTR des AC1935-Transkripts die Expression dieser Genprodukte regulieren können (Shung und Sunter, 2009). MYMV DNA-A hat zwei wichtige komplementäre Sense-Transkripte, eines beginnend an Position 2649, das als bicistronisches Transkript für AC1 und AC4 angesehen wird, und eines an den Positionen 1649 oder 1646, das das bicistronische Transkript für AC2 und AC3 ist (Abbildung 6.40B) (Shivaprasad et al., 2005). TGMV DNA-B hat drei komplementäre Sense-Transkripte für BC1 (Abbildung 6.40A) (Hanley-Bowdoin et al., 2000). MYMV BC1 wird aus einem gespleißten komplementären Sense-Transkript übersetzt (Abbildung 6.40B) (Shivaprasad et al., 2005). Ein fünfter mutmaßlicher ORF (AC5) wurde im komplementären Sinne von DNA-A von WmCSV und ToCMoV identifiziert, aber keine Aktivität oder Transkript wurde dafür gefunden (Kheyr-Pour et al., 2000; Fontelle et al., 2007).
Es gibt charakteristische eukaryotische RNA-Polymerase-II-Promotorsequenzen in der gemeinsamen Region stromaufwärts der bipartiten Begomovirus-mRNAs in jeder der beiden DNA-Komponenten (Hanley-Bowdoin et al., 2000; Shivaprasad et al., 2005). Diese Promotorregion ist bidirektional. Die Transkription jeder der RNAs initiiert 20-30 bp stromabwärts der TATA-Box-Motive, während die anderen Sequenzen aufweisen, die Initiatorelementen ähneln, die ihre 5′-Enden überlappen. Die Promotoren für die TGMV Komplementär-Sense AC61 und AC1629 mRNAs und für die Virion-sense AV1 und BV1 RNAs wurden im Detail untersucht. Der AC 61-Promotor bildet die TGMV ab – Eine gemeinsame Region und unterstützt ein hohes Maß an Transkription. Die Deletionsmutagenese zeigte, dass der größte Teil ihrer Aktivität in den 60 bp unmittelbar vor der AC61-Transkriptionsstartstelle lag, einer Region, die den Ursprung der (+) -Strang-DNA-Synthese überlappt (siehe Kapitel 7, Abschnitt VIII, D, 2). Diese Mutationen sowohl in den Wirtsfaktorbindungssequenzen als auch in der G-Box reduzierten Promotorfunktion zeigten die engen Wechselwirkungen zwischen Transkription und Replikation.
Es gibt verschiedene Mechanismen, die die Aktivitäten dieser Promotoren regulieren. Der AC61-Promotor wird durch die Rep-Bindungsstelle autoreguliert, wobei die Repression spezifisch für das homologe Rep-Protein ist und vermutlich eine aktive Interferenz mit dem Transkriptionsapparat und nicht nur eine sterische Behinderung beinhaltet. Das AC4-Protein reguliert diesen Promotor ebenfalls negativ, wobei das beteiligte cis-Element stromaufwärts der G-Box liegt und sich von der Rep-Bindungsstelle unterscheidet. Diese Unterdrückung der Upstream-Transkription verstärkt die AC2- und ASC3-Expression in TGMV (Shung und Sunter, 2007). Die analogen Promotoren der meisten anderen Begomoviren werden wahrscheinlich durch ähnliche Mechanismen reguliert, aber die einiger unterscheiden sich im Detail (Hanley-Bowdoin et al., 2000; Shivaprasad et al., 2005; Usharani et al., 2006). Die BC1-Promotorsequenzen ähneln denen des AC61-Promotors, unterscheiden sich jedoch in der Transkriptionsstartstelle und darin, dass das Rep-Protein diese nicht reguliert.
Begomovirus AC2 ist ein virales Transkriptionsprotein (TrAP genannt), das in trans die späten viralen Gene AV1 (kodierend für CP) und BV1 (kodierend für Nuclear Shuttle Protein (NSP)) auf DNA-A bzw. DNA-B transaktiviert (Haley et al., 1992; Sunter und Bisaro, 1992). Das TGMV- und CaLCV-AC2-Gen aktiviert den CP-Promotor in Mesophyll-Geweben und unterdrückt den Promotor im Gefäßgewebe (Lacatus und Sunter, 2008). Zwei unabhängige Sequenzen innerhalb von AC2 binden Kernproteine aus einer Vielzahl von Wirten. Es wird angenommen, dass die Dimerisierung von AL2 zusammen mit der Phosphorylierung dieses Proteins seine Fähigkeit moduliert, mit zellulärem Protein zu interagieren und somit bei der Regulation der CP-Produktion zu wirken (Yang et al., 2007; Lacatus und Sunter, 2008). Eine Studie des TGMV AV1-Promotors in transgenen Pflanzen zeigte, dass seine Regulation komplex ist und in verschiedenen Geweben unterschiedlich gesteuert wird (Sunter und Bisaro, 1997). Die linken und rechten Promotoren auf MYMV DNA-B teilen sich die AC2-responsive Region, die die gemeinsame Region nicht überlappt (Shivaprasad et al., 2005).