8/19/2019 PNAS-1984-Haseloff-4358-62

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P r o c .N a t l .A c a d .S c i .US AVo l 8 1 ,p p .4 3 5 8 - 4 3 6 2 ,J u l y1 9 8 4B i o c h e m i s t r y

S t r i k i n gs i m i l a r i t i e s i n a m i n oa c i d s e q u e n c ea m o n g n o n s t r u c t u r a lp r o t e i n s e n c o d e db y RNA v i r u s e s t h a t h a v e d i s s i m i l a rg e n o m i co r g a n i z a t i o n

( a l f a l f am o s a i cv i r u s / b r o m em o s a i cv i r u s / t o b a c c om o s a i cv i r u s / S i n d b i s v i r u s /p r o t ei ns e q u e n c eh o m o l o g y )

J A M E SH A S E L O F F * ,P H I L I PG O E L E T * t ,DAVID Z I M M E R N * ,PA U L A H L Q U I S T t § ,R A N J I TD A S G U P T A t ¶ ,A ND PAUL K A E S B E R G T ¶* Me d i ca l R e s e a r chC o u n c i lL a b o r a t o r yo fM o l e c u l a rB i o l o g y ,H i l l sR o a d ,C a m b r i d g eCB2 2 Q H ,U n i t e dK i n g d o m ;a n d t B i o p h y s i c sL a b o r a t o r ya n dD e p a r t m e n t so f¶ B i o c h e m i s t r ya n d § P l a n tP a t h o l o g y ,U n i v e r s i t yo fW i s c o n s i n - M a d i s o n ,M a d i s o n ,WI 5 3 7 0 6

C o m m u n i c a t e db y T . 0 . D i e n e r ,A p r i l5 , 1 9 8 4

A B S T R A C T T h ep l a n tv i r u s e sa l f a l f am o s a i cv i r u s(AMV)a n db r o m em o s a i cv i r u s( B M V )e a c hd i v i d et h e i rg e n e t i ci n f o r -m a t i o na m o n gt h r e e RNAs w h i l et o ba c co m o s a i cv i r u s( T M V )c o n t a i n sa s i n g l eg e n o m i cRNA. Amino a c i ds e q u e n c ec o m p a r -i s o n ss u g g e s tt h a tt h es i n g l ep r o t e i n se n c o d e db y AMV R NA 1a n d BMV R NA 1 a n d b y AMV R NA 2 a n d BMV R NA 2 a r er e l a t e dt o t h eN H 2 - t e r m i n a lt w o - t h i r d sa n d t h eC O O H - t e r m i -n a l

o n e - t h i r d ,r e s p e c t i v e l y ,o f

t h el a r g e s tp r o t e i ne n c o d e d

b yT M V. S e p a r a t i n gt h e s et w o d o m a i n si n t h eTMV R NA s e -q u e n c ei sa n a m b e rt e r m i n a t i o nc o d o n ,w h o s ep a r t i a ls u p p r e s -s i o na l l o w st r a n s l a t i o no f t h e d o w n s t r e a md o m a i n .M a n y o ft h e r e s i d u e st h a tt h eTMV r e a d - t h r o u g hd o m a i na n d t h es e g -m e n t e dp l a n tv i r u s e sh a v ei n common a r e a l s oc o n s e r v e di n ar e a d - t h r o u g hd o m a i nf o u n di n t h en o n s t r u c t u r a lp o l y p r o t e i no f t h ea n i m a la l p h a v i r u s e sS i n d b i sa n d M i d d e l b u r g .W e s u g -g e s tt h a t ,d e s p i t es u b s t a n t i a ld i f f e r e n c e si n g e n eo r g a n i z a t i o na n d e x p r e s s i o n ,a l l o f t h e s e v i r u s e su s e r e l a t e dp r o t e i n sf o rcommon f u n c t i o n si n R NA r e p l i c a t i o n .R e a s s o r t m e n to f f u n c -t i o n a lm o d u l e so f c o d i n ga n d r e g u l a t o r ys e q u e n c ef r o mp r e e x -i s t i n gv i r a lo r c e l l u l a rs o u r c e s ,p e r h a p sv i aR NA r e c o m b i n a -t i o n ,may b e a n i m p o r t a n tm e c h a n i s mi nR NAv i r u se v o l u t i o n .

V i r u s e sw i t h s i n g l e - s t r a n d e dRNA g e n o m e st h a ti n f e c th i g h -

e r e u k a r y o t i ch o s t sf o r m a d i v e r s eg r o u pd i s p l a y i n gw i d ev a r i a t i o ni n g e n o m i co r g a n i z a t i o n( r e v i e w e di n r e f . 1 ) .T h eg e n o m eo f t o b a c c om o s a i cv i r u s( T M V ) ,f o re x a m p l e ,i s as i n g l eR NA m o l e c u l eo f 6 . 4k i l o b a s e s( k b ) r e f .2 ; r e v i e w e di nr e f .3 ) .I t e n c o d e sa t l e a s tf o u rp r o t e i n si nt h r e eo p e nr e a d -i n gf r a m e s .T h a tn e a r e s tt h e5 ' e n dc o n t a i n sa n i n - p h a s ea m -b e r t e r m i n a t i o nc o d o nt h a ti sp a r t l ys u p p r e s s e dd u r i n gt r a n s -l a t i o ni n v i t r oo r i n v i v o t o g i v et w o p r o d u c t s ,t h el a r g e r( k n o w nf r o m i t s m o l e c u l a rw e i g h ta s p 1 8 3 )b e i n ga r e a d -t h r o u g he x t e n s i o no f t h es m a l l e r( p 1 2 6 ) .T h e t e m p l a t ef o rt r a n s l a t i o no f b o t h o f t h e s ep r o t e i n si st h eg e n o m i cRNA, t h et w or e m a i n i n gg e n e sb e i n ge x p r e s s e dv i as u b g e n o m i cRNAs.

T h e g e n o m e so f a l f a l f am o s a i cv i r u s( A M V ) a n d b r o m em o s a i cv i r u s( B M V ) ,i nc o n t r a s t ,e a c hc o n s i s to f t h r e eRNAs e g m e n t s ,t e r m e dRNAs 1 , 2 , a n d 3 i n o r d e r o f d e c r e a s i n gs i z e r e f .4 - 8 ; r e v i e w e di n r e f .9 ) .T h e t w o l a r g e rRNAs o fe a c h v i r u sa r e m o n o c i s t r o n i c .T h e s m a l l e s ti s d i c i s t r o n i c ,w i t h t h e3 ' p r o x i m a l g e n ei n b o t h c a s e s e n c o d i n gt h ec o a tp r o t e i nt h a ti s t r a n s l a t e df r o m a s u b g e n o m i cmRNA. A l -t h o u g hb o t h v i r u s e sr e q u i r ea l l t h r e eRNAs f o ri n f e c t i o n ,A M V, u n l i k eB M V, a l s or e q u i r e se i t h e rc o a t p r o t e i no r t h es u b g e n o m i cmRNA f o rc o a t .C o n v e r s e l y ,a l l t h r e eBMVR N A s ,u n l i k et h eAMV RNAs, a r ea m i n o a c y l a t a b l ew i t ht y -r o s i n e .I n t h i sr e s p e c t ,t h e BMV RNAs r e s e m b l eTMV RNA( w h i c ha c c e p t s e i t h e rh i s t i d i n eo r v a l i n ea c c o r d i n gt o t h e

s t r a i n ) .E a c hv i r u sh a s a d i f f e r e n tm o r p h o l o g y ,TMV b e i n gr o d - s h a p e d ,AMV b a c i l l i f o r m ,a n d BMV i c o s a h e d r a l .

A l lt h r e ev i r u s e sa r et h u s c l e a r l yd i s t i n g u i s h e db y c o n v e n -t i o n a lc r i t e r i a .N e v e r t h e l e s s ,w e s h o wi n t h i sp a p e rt h a tt h ea m i n oa c i ds e q u e n c e so f t h ep r o t e i n se n c o d e d b yAMV RNA1 a n d BMV RNA 1 a r e s t r i k i n g l ys i m i l a rb o t h t o e a c h o t h e ra n d t o t h a to f TMV p 1 2 6F u r t h e r m o r e ,t h ep r o t e i n se n c o d e d

b y AMV RNA 2 a n d BMV RNA 2 a r e a l s os i m i l a r t oe a c ho t h e r a n d t o t h e C O O H - t e r m i n a lr e a d - t h r o u g hd o m a i ni nTMV p r o t e i np 1 8 3 .W e s u g g e s tt h a td e s p i t ed i f f e r e n ts t r a t e -g i e so f v i r a lg e n e e x p r e s s i o n ,t h e s ep r o t e i n sa r e r e l a t e di nf u n c t i o n ,a n dp e r h a p so r i g i n .W e a l s os h o wt h a to n eo f t h e s et w og r o u p so f r e l a t e dp r o t e i n sh a s a c o u n t e r p a r ti na p r o t e i ne x p r e s s e db y t r a n s l a t i o n a lr e a d - t h r o u g ha n d p r o t e o l y t i cp r o c e s s i n gt h a ti s e n c o d e db y t h ea n i m a la l p h a v i r u s e sS i n d -b i sa n d M i d d e l b u r g( r e f .1 0 ;r e v i e w e di nr e f .1 1 ) .W e d i s c u s st h e s er e l a t i o n s h i p sa n d t h e i rp o s s i b l ei m p l i c a t i o n s .

M AT E R I A L SA NDM E T H O D SI n i t i a lh o m o l o g ys e a r c h e sw e r em a d ew i t h t h e m a t r i xc o m -p a r i s o np r o g r a mD I A G O N( 1 2 )r u n o n a VAX 1 1 / 7 8 0c o m -p u t e r .D e ta i l ed a l i g n m e nt sw e r em a d eb y u s i n gt h ei n t e r a c -t i v ef a c i l i t yo f D I A G O Na n d w i t h t h eo b j e c t i v ea l i g n m e n tp r o g r a m sBESTFIT a n d G A P O U T( 1 3 ) .

RESULTS AND DISCUSSIONH o m o l o g o u sN o n s t r u c t u r a lP r o t e i n si nT h r e eP l a n t V i r u s e s .

T h e r e c e n t l yd e t e r m i n e dn u c l e o t i d es e q u e n c e so f t h eAMV( 4 - 6 ) ,BMV ( 7 , 8 ) ,a n d TMV ( 2 )g e n o m e s ,t o g e t h e rw i t he a r -l i e ri n v i t r oa n d i n v i v ov i r a lt r a n s l a t i o ns t u d i e s ,s u g g e s tt h a te a c hv i r u se n c o d e sf o u r m a j o rp r o t e i n s .F o r b r e v i t y ,w e w i l lr e f e rt o t h ep r o d u c t so f AMV RNAs 1 a n d 2 a n d o f BMVRNAs 1 a n d 2 a sAl a n d A2 a n d a s B 1a n d B 2 , r e s p e c t i v e l y ,a n d t o t h ep r o du c t s o fe a c h d i c i s t r o n i cRNA 3 a sA3 a n d B 3( p r o d u c t so f t h e5 ' p r o x i m a lg e n e s )a n d A4 a n d B4 ( t h ec o a tp r o t e i n s ) ,r e s p e c t i v e l y .S i m i l a r l y ,w e w i l lr e f e rt o t h eTMVo p e nr e a d i n gf r a m e si n t h e i r5 ' t o 3 ' o r d e ra l o n gt h eRNA a sT i ( p 1 2 6 ) ,T 2 ( t h er e m a i n d e ro f t h ef i r s to p e nr e a d i n gf r a m ed o w n s t r e a mo f t h ea m b e rs t o p c o d o no f p 1 2 6 ,w h i c hf o r m st h eC O O Ht e r m i n u so f t h er e a d - t h r o u g hp r o d u c tp 1 8 3 ) ,T 3 ,a n d T 4 ( t h ec o a t p r o t e i n ) .

T h e a m i n oa c i ds e q u e n c e so f t h e s e p r o t e i n sp r e d i c t e df r o mt h eg e n o m i cRNA s e q u e n c e sw e r ec o m p a r e db y u s i n gt h ec o m p u t e rp r o g r a mDIAGON. F o r t h e s ec o m p a r i s o n st h ep r o g r a mr e c o r d e da s d o t s o n a g r a p ha l lp a i r so f 3 1r e s i d u eb l o c k sw h o s es i m i l a r i t yi nt e r m s o f b o thi d e n t i c a la n dr e l a t e d

A b b r e v i a t i o n s :A M V, a l f a l f am o s a i cv i r u s ;B M V, b r o m em o s a i cv i -r u s ;T M V, t o b a c c om o s a i cv i r u s ;k b ,k i l o b a s e s .t P r e s e n ta d d r e s s :C e n t e rf o rN e ur o b io l o g y a n dB e h a v i o r ,C o l l e g eo fP h y s i c i a n sa n d S u r g e o n so f C o l u m b i aU n i v e r s i t y ,Ne w Yo r k , NY1 0 0 3 2 .

T h ep u b l i c a t i o nc o s t so ft h i sa r t i c l ew e r ed e f r a y e di np a r tb y p a g ec h a r g ep a y m e n t .T h i sa r t i c l em u s tt h e r e f o r eb e h e r e b ym a r k e d a d v e r t i s e m e n ti na c c o r d a n c ew i t h1 8U . S . C . § 1 7 3 4s o l e l yt o i n d i c a t et h i sf a c t .

4 3 5 8

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2/5

P r o c . N a t l .A c a d .S c i U S A 8 1( 1 9 8 4 ) 4 3 5 9

a m i n oa c i d se x c e e d e da d o u b l em a t c h i n gp r o b a b i l i t y( 1 2 )o f1 0 - 5 , c o m p a r e dt o r a n d o mp a i r so f 3 1 r e s i d u e b l o c k s

d r a w nf r o mp o o l s w i t h t h es a m ea m i n oa c i dc o m p o s i t i o na st h e p r o t e i n su n d e rc o m p a r i s o n .E x t e n s i v es e q u e n c es i m i l a r -i t i e sw e r ed e t e c t e db e t w e e np r o t e i n sA l , B i ,a n d T i a n d b e -t w e e np r o t e i n sA 2 , B 2 , a n d T 2 ( F i g .1 ) . I tc a n b e s e e n f r o mb o t h t h ed i a g o n a lp l o t sa n d f r o mm o r ed e t a i l e da l i g n m e n t s( F i g s .2 a n d 3 ) t h a tt h ep r o t e i n sA l , B i ,a n d T i s h a r e t w om a i nr e g i o n so f r e l a t e ds e q u e n c es i t u a t e dw i t h i nt h eN H 2 -t e r m i n a la n d C O O H - t e r m i n a lo n e - t h i r d so f t h e p r o t e i n s ,w i t hs u b s t a n t i a l l yl e s sh o m o l o g ye x i s t i n gi n t h e m i d d l et h i r d s ,w h e r ep r o t e i nB i i s a b o u t 1 3 0 a m i n oa c i d ss h o r t e rt h a n t h eo t h e r t w o . P r o t e i n sA 2 , B 2 , a n d T 2 s h a r ea m a i nr e g i o no fr e l a t e ds e q u e n c et h a ti s i n t h ec e n t r a lt o C O O H - t e r m i n a l4 0 0a m i n oa c i d so fA2 a n d B 2 . T 2 , w h i c hi s s o m e3 0 0 r e s i d u e ss h o r t e rt h a n A2 a n d B 2 , a p p a r e n t l yl a c k ss e q u e n c e sc o r r e -s p o n d i n gt o t h e N H 2 - t e r m i n a lp o r t i o n so f t h e s ep r o t e i n s .M u t a n t si n A2 a r ek n o w nt o map i n t w o c o m p l e m e n t a t i o ng r o u p s( 1 4 ) ,s u g g e s t i n gt h ee x i s t e n c eo f t w o f u n c t i o n a ld o -m a i n s .I t i s p o s s i b l et h a to n l y o n e o f t h e s ei s r e p r e s e n t e di nt h eTMV g e n o m e .

T h e s i g n i f i c a n c eo f t h eo b s e r v e ds e q u e n c eh o m o l o g yi ss u p p o r t e db y t h ec o n s e r v e da r r a n g e m e n ta n d c l u s t e r e dn a -t u r eo fh o m o l o g o u sr e s i d u e si n b o t h g r o u p so fp r o t e i n s .F o r

e x a m p l e ,Al r e s i d u e s8 3 6 - 8 4 6 ,B i r e s i d u e s6 8 3 - 6 9 3 ,a n d 9o f 1 1T i r e s i d u e s8 3 1 - 8 4 1a r e i d e n t i c a l( p o s i t i o n s9 3 2 - 9 4 2i nt h ea l i g n m e n ts h o w ni n F i g .2 ) .S i m i l a r l y ,1 3o f1 5A2 r e s i -d u e s 5 2 8 - 5 4 2 ,1 3o f1 5B 2 r e s i d u e s4 6 3 - 4 7 7 ,a n d 1 2o f1 5T 2r e s i d u e s1 4 0 4 - 1 4 1 8a r ei d e n t i c a l( p o s i t i o n s2 8 4 - 2 9 8i n F i g .3 ) .A2 a n d B 2 h a v e i d e n t i c a la m i n oa c i d si n a b o u t 3 0 %o fp o s i t i o n s ,r i s i n gt o a b o u t 4 0 %w h e nc o n s e r v a t i v es u b s t i t u -t i o n sa r ea l s oc o u n t e d .T h e s ef i g u r e sa r ec l e a r l ya b o v et h eb a c k g r o u n do f r a n d o mr e s e m b l a n c e si n p r o t e i ns e q u e n c e s( 1 5 ) .Al a n d B i a n db o t hTMV p r o t e i n sa r e l e s sc l o s e l yr e l a t -e d o v e r a l l( 2 0 % ) ,b u t r a n d o mr e s e m b l a n c e sw o u l dn o t b e e x -p e c t e dt o c l u s t e ri n t h em a n n e rw e o b s e r v ei n s i xi n d e p e n -d e n t p a i r w i s ec o m p a r i s o n s .A c c o r d i n g l y ,we s u g g e s tt h a ta l lt h r e er e p r e s e n t a t i v e so fb o t h g r o u p so fp r o t e i n sa r e s t r u c t u r -a l l yr e l a t e da n d p o t e n t i a l l yf u n c t i o n a l l yh o m o l o g o u s ,a l -t h o u g ht h e r em a y b e s o m el a t i t u d ef o rs p e c i a l i z a t i o nd u e t o

d i f f e r e n c e si n f o l d i n go u t s i d et h em o s th i g h l yc o n s e r v e dd o -m a i n s .C o m p a r i s o n so f t h e s e q u e n c e so f t h er e m a i n i n gAMV,

B M V, a n dTMV e n c o d e dp r o t e i n sr e v e a l e da l i m i t e dn u m b e ro fm a t c h e ss i g n i f i c a n ta t t h e1 0 - 4l e v e lb e t w e e nA3 a n d B 3a n d b e t w e e nA4 a n d B 4t h a tf e l lo n t h ed i a g o n a l ,b u t n o n eo fa n y s i g n i f i c a n c eb e t w e e nt h eo t h e r s .I t i s n o t c l e a ri fa n y o ft h ep r o t e i n sa r e r e l a t e di n t h r e e - d i m e n s i o n a ls t r u c t u r e ,b u th a v e i n s u f f i c i e n tc o n s e r v a t i o no f p r i m a r ys e q u e n c ef o rt h e i rs i m i l a r i t yt o b e a p p a r e n t ,o r w h e t h e rt h e ya r e c o m p l e t e l yu n -r e l a t e d .T h e s e q u e n c er e l a t i o n s h i p sb e t w e e nt h ep r o t e i n so fA M V, B M V, a n d TMV a r e s h o w ns c h e m a t i c a l l yi n F i g .4 .

H a v i n ge s t a b l i s h e dw h i c hp a r t so f t h e A l / B i / T i a n dA 2 / B 2 / T 2a m i n oa c i ds e q u e n c e swere s t r o n g l yc o n s e r v e db y a n a l y z i n gt h ep l a n tv i r a ls e q u e n c e s ,w e s e a r c h e df o rr e l a t -e d s e q u e n c e si n o t h e r v i r u s e s .I n p a r t i c u l a r ,w e e x a m i n e d

t h es e q u e n c eo f t h en o n s t r u c t u r a lp r o t e i n so f tw o a l p h a v i -r u s e s ,S i n d b i sv i r u sa n dM i d d e l b u r gv i r u s ,w h e r ea n o p a lt e r -m i n a t i o nc o d o ni n t e r r u p t sa l o n go p e n r e a d i n gf r a m e 1 0 ) .W e f o u n dt h a tt h e6 1 6 - r e s i d u er e a d - t h r o u g h p or t i o no f t h i so p e nr e a d i n gf r a m e ,e n c o d i n ga p r o t e i nk n o w na s n s 7 2 ,c o n -t a i n e dmany o f t h esame c l u s t e r so f c o n s e r v e dr e s i d u e si d e n -t i f i e di n A 2 , B 2 a n d T 2 a n d t h a tt h e s e were a r r a n g e di n t h es a m eo r d e r ,g i v i n gr i s et o d i a g o n a ll i n e son a m a t r i xc o m p a r i -s o n ( F i g .1 )a n d e n a b l i n gu s t o a l i g nt h es e q u e n c e sa s s h o w ni nF i g .3 . T h i s i sc o n s i s t e n tw i t hc o n s e r v a t i o no f f u n c t i o n a l l yi m p o r t a n tr e s i d u e sw i t h i nh o m o l o g o u s ,b u t d i s t a n t l yr e l a t e d ,p r o t e i n s .

I t i si n t r i g u i n gt h a tt h ep o t e n t i a l l yh o m o l o g o u sT 2a n d n s 7 2p r o t e i n sa r e b o t h e x p r e s s e db y s u p p r e s s i o no f t r a n s l a t i o n a l

a . I

4

f i l

b . I

4,

11 2 6 I

Al 1 1 2 6

T I T2 1 6 1 6

U GA1 8 9 7

N 0

4 N

2 5 1 3 1U A G1 1 1 7

A 2 - * 790

N

TI T2 1 6 1 6

I A 2 - p 79 0

F I G . 1 . D I A G O Na m i n oa c i d h o m o l o g yp l o t sc o m p a r i n gB I v s .Al a n d B 2 v s . A2 ( a ) ,Al v s . T i T 2 a n d A2 v s . T 1 + T 2 ( b ) ,a n dt h er e a d - t h r o u g hp o r t i o no f S i n d b i sv i r u sp 2 7 0( n s 7 2 )v s . T 2 a n d A2( c ) .

t e r m i n a t i o n .E x p l o i t a t i o no f t r a n s l a t i o n a lr e a d - t h r o u g hp r o b -a b l yd o e s n o t d e p e n do n c h a n c ee v e n t s a l o n e ,s i n c et h e r ei s

e v i d e n c ef o rs p e c i a l i z e dn a t u r a lo p a l s u p p r e s s o r tRNAs i nb o t h c a t t l ea n d c h i c k e n s( 1 6 ,1 7 ) ,w h e r e a sa m b e rs u p p r e s -s i o n o f t h eT 1 t e r m i n a t o rmay u t i l i z ea n a t u r a l l yo c c u r r i n gu n d e r m o d i f i e df o r mo f t y r o s i n etRNA ( 1 8 ) .

F u n c t i o n a lI m p l i c a t i o n s .A l t h o u g hR N A s 1 , 2 , a n d 3 ( t o -g e t h e r w i t h c o a t p r o t e i no r i t s s u b g e n o m i cRNA f o rA M V )ar e r e q u i r e d f o ra p r o d u c t i v ei n f e c t i o nb y AMV o r B M V,i n o c u l a t i o no f cowpea p r o t o p l a s t sw i t h AMV p a r t i c l e sc o n -t a i n i n gR N A s 1 a n d 2 o n l yr e s u l t si n s y m m e t r i cs y n t h e s i so fp l u sa n d m i n u sv i r a lRNA s t r a n d s ( 1 9 ) .I n o c u l a t i o nw i t hRNA 1 a l o n e ,RNA 2 a l o n e ,R N A s 1 + 3 , o r R N A s 2 + 3d o e s n o t r e s u l ti n RNA r e p l i c a t i o n .M u t a t i o n si n AMVR N A s 1 a n d 2 i n t e r f e r ew i t h RNA s y n t h e s i s( 1 4 ,2 0 ) .S i m i l a r -l y , i n o c u l a t i o no f b a r l e y p r o t o p l a s t sw i t h BMV R N A s 1 a n d2 a l o n e r e s u l t e d i n s y n t h e s i so f B 1 a n d B 2 t r a n s l a t i o np r o d -u c t s c o n s i s t e n tw i t h a m p l i f i c a t i o no f t h e i rt e m p l a t e s( 2 1 ) .

M u t a n t si n RNA1 o f t h e

c l o s e l yr e l a t e d v i r u s c o w p e a c h l o -

r o t i cm o t t l e v i r u s a r e d e f i c i e n t i n RNA r e p l i c a t i o n( 2 2 ) .T h e s es t u d i e si n d i c a t e t h a tt h e p r o d u c t se n c o d e db y AMVa n d BMV R N A s 1 a n d 2 a r e r e q u i r e df o r v i r a lRNA r e p l i c a -t i o n .R e p l i c a t i o n - d e f i c i e n tTMV m u t a n t sa r e a l s o k n o w n ( 3 ) ,a l t h o u g ht h e s e h a v e n o t b e e n m a p p e d .

A l p h a v i r u s e se n c o d ef o u r e a r l yp r o t e i n st h a t a r e t r a n s l a t -e d f r o ma 4 2 S( c a .1 2 k b ) mRNA a p p a r e n t l yi d e n t i c a l t o t h a tp a c k a g e di n t ov i r u s p a r t i c l e sa n d d i s t i n c tf r o m t h e 2 6S s u b -g e n o m i cmRNA f o r t h e s t r u c t u r a l p r o t e i n s( 1 1 ) .T r a n s l a t i o no f 4 2 SRNA r e s u l t s i n a m a j o rp o l y p r o t e i nt h a t i s p r o t e o l y t i -c a l l yc l e a v e d t o g i v et h r e e mature p r o d u c t s a nd a m i n o rr e a d - t h r o u g hp o l y p r o t e i nt h a t i s c l e a v e d i n t o f o u r p r o d u c t s( 1 0 ) ,t h e a d d i t i o n a l r e a d - t h r o u g hp r o t e i nb e i n g t h e o n e h o -

CD

4

82 2

B i o c h e m i s t r y :H a s e l o f fe t a L

T 2 - 0 1 6 1 6

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3/5

4 3 6 0 B i o c h e m i s t r y :H a s e l o f fe t a L . P r o c .N a t i .A c a d .S c i .U S A 8 1 ( 1 9 8 4 )

10 30 5 0 70 9 0

M N A D A Q S T D A S L S M R E P L S H E - 3 J I Q ER R ~ j V f E4 A H D TA M I C ~ lF S - f G R A A A 4 Q WA L PS D K GEV L i S ~ ~ S j ~ AT NI A A N F - 0 G R R TYJS SSM - S I D C j L I A I E K - G AS Q Q D I U D N QQA A IEYAK-- f s KK K N J ? 4 j I S T K I D A E 1 I f i ~ Y G C CDLNLT QY HM AY T Q T [ AT T SL TOG RLDAVEFAM--- - p T L 1 A t j U AY I D j ' Q I

11 0 13 0 1 5 0 1 7 0 1 9 0

SS H LT D F V Y Rf l i GN T V g S l V V MVHNVHCC ~ I j j ALE I L 4 ~ L K S jy R K - - - - - - - - - - H P E I V G [ D A DAPSAA V Y D U S W O P I GSW F S R R D K RV H B CV RAIR1 M CRMRK Q ESDD- F D qNF AVHL S L - L E Y U M I - I Qf Y G S LT I G G SF [ AV H C NDVR K D I T - R R G I K N I K E A F D R YA E L P [ D D

2 1 0 2 30 2 5 0 2 7 0 2 90

S 0 R D AR£L V G f ~ f Q KG H M KF I t A IMI H K ~I j S RI I R Q D g D V--- A I f Y 1 G F Q j 1 C D f ( 1 1 H S j V 1 R V L R V IF MG F EF L LLKC R D S G A D EI l j FDE E S T I j 4 G

vIj TM R PQQSGRV 1 A I t J T P A r f_ A I g L R O H T C YA A ~ iN i J 1A SYV N [ J DF L.Aj F ~K LTF SE S y JdS3 1 0 3 3 0 3 5 0 3 7 0 3 90

F [ ]l K H Yf l N AV D L G H A A F 1 RjiK Q DF C G N V 1 1- I ' T Yf 3 LGF O I J I KH K SNG II Y NRV KGQ I V . - - - - -HTV G Y [ ] H H S Y Q TAV RfIf~---W Q G ~ J S F E 1SVHCIDGTT jL I ~E>L ~ C N Q N T j Kl 4 J N L R C - - U 1 C q N 4 V 1 W I L D IK Y V G C V - - - - -SIFIEDWSLNRW KCVRVKV

41 0 4 3 0 45 0 47 0 4 9 0

.-------------------DKIDVLT I 4 3 l f l T ~ ~ R N A D A H S A 1 Q SI1TW T H ~ T G _ _ T I S I R ~ j I C ~ J KF S K KNr E N M KA ~~ I l I AK S r T V I I N2A I . UT

S E R I L L E D S S S V N Y W F P K N r R D N VI V P L F D I S L E T S K R T R O E V LV S K D4JVLNHIRTYQAKALTYN V ~FVEI R I l J R I j , 1 ~ G VA R ~ ~ E 1 VL5 1 0 5 3 0 5 5 0 5 7 0 5 90

VAT I Y Y R V K K L Y N A L P F N L SD K E L - r F - - C ~ ( P ' l 4 I G T A KN GFVKg[BIKD]SFOOrHERrL I FA1 D C

KHCLfJ KG WCHItFfl - I j F W W 4 G G D S

6 1 0 6 30 6 5 0 6 70 6 90

T O G C VF YP 1 % l r J K V I D R E T T D Y S F B I ' E FLKDPPLISDPV RQSLW5VYYAEH Q G N A 1 D A S N YA R T LS R A K J G WL TI5R R D j YA O S F K F LT R r L SLj l --___ E Q [ S I P ~ VP J IS I RL R F T E D LF D R f l I Q

7 1 0 7 3 0 ) 7 5 0 7 7 0 7 9 0

.1EV TA K fR lK V PA N E l PQEEFHOAPESS S ~V~DDVKPV~fV.-- - - - - -DJJSV~n H J EE O A S O G A U g V v T S - REP J G Et tAIGU ESY~ I E L - U l ~ AT J L ] R Q I S I UT IVQ1NHSLV ] L O A j H V S N L

8 1 0 8 3 0 8 5 0 8 7 0 8 90

O K R L H N d 1 4 t_ GGEANKS [ F E T Y H ~ -I DD M U VH L A NGN WLIK KYDYT VGY NE I G L GP KH A t FIVOKTC N I D I - - -9 1 0 9 3 0 9 5 0 9 7 0 9 90

d O F A E 0 1 I P EKAQ- - - - C G L E A H F S O J T I V D V G C K N I CSL 4L Y~Jrf5~YL~I-3---S- A S K V S V P C D IHDV GG A l K AFj--- DI A D V f i M ALF P ~ J TYN S V F ~ -L 1 VR T j S A L

1010 1030 105 0 1070 1090

A S AV K A 0 J W IfC F j 0 J A q j I YA jL c f c - j ~ fI f D 5 P S f P Vr L G V D K C J U K Y F Y - - - - -Ni . N K K E ]]iGVPSCRL A1J1 J I Fi A9 K LC N Q f D J R R D V V HY R C P U DI AAy J 4 LLKR L J C G N R D T K Y QSTRCQF R FD C L XLITJ¶11CJF N F L - I AY V V YI V C J EP YP U FA lF K E \ t J EV [ T RR CPDV HY L I RRY.- - - - -E G F E ]

1110 1130 1150 1170 1190

K N Q f [~IEV VP f I N [ P V S V E R N j AY j C K KA ~------TLCgF HEQ k ~ f j N Y1? S T [ TAT ~ J R D 2 I N G P C N Gi n S LT K R ICL TI D R A Y L q~4QDA1 ~AKDFPVSKDW I D C K T V H E A QI S ODNLVR C 4 F K H E E- ---YC

12 1 0 12 30

LVALRH ~ V ~ ~ j I Y I q A C R D A G N T D D S I L A R S Y N H N F *LV AL R HR E S C F N C E LG I I F 1 . C V K *

LVA L S K Y O V V I 4 ~ P LV S W I R D L E K L S S Y L L D M Y K V D A C T Q *F I G .2 . A l i g n m e n to f t h ee n t i r es e q u e n c e so f p r o t e i n sAl ( A M VRNA 1 p r o d u c tl a ;t o pr o w ) ,B L( B M VRNA 1 p r o d u c tl a ;m i d d l er o w ) ,a n d

T i ( T M Vp ro te i n p 1 2 6 ;b o t t o mr o w ) .P e r c e n t a g ei d e n t i t i e si n t h ep a i r w i s ea l i g n m e n t s( i n c l u d in g g a p s )a r e ' A l v s . B i ,2 0 . 8 % ;A l v s .T i ,1 8 . 5 % ;a n d B i v s . T i ,1 7 . 7 % .m o l o g o u st o A 2 , B 2 ,a n d T 2 . T h e s ef o u r e a r l yp r o t e i n sm a y c a t i o ns u c h a s t h o s e r e v e a l edb y g e n e t i ca n a l y s i si n S i n d b i sc o r r e s p o n dt o t h ef o u r c o m p l e m e n t a t i o ng r o u p s t h a th a v e v i r u s .F o r e x a m p l e ,a l l f o u r g r o u p s o f v i r u s e sc o n s i d e r e db e e na s s i g n e dt o r e p l i c a t i o n - d e f e c t i v em u t a n t so f S i n d b i sv i - h e r e h a v e c a p p e dRNAs ( 5 ' - t e r m i n a lm7 G p p p Gc a p s f o rt h er u s a n d t h a ta r e r e q u i r e df o re l o n g a t i o n( g r o u pF ) , m i n u s p l a n tv i r u s e s ,m 7 G p p p Af o ra l p h a v i r u s e s ) .T h e a l p h a v i r u ss t r a n d s y n t h e s i s( g r o u pB ) ,a n d s u b g e n o m i cRNA s y n t h e s i s c a p s t r u c t u r e i s u n u s u a lamong a n i m a lc e l lo r v i r a lR N A s i n( g r o u p sA a n d U )( 1 1 ) .T h u s , p r o t e i nn s 7 2o f a l p h a v i r u s e si s l a c k i n ga r i b o s em e t h y l a t i o no n t h e5 ' - t e r m i n a ln u c l e o t i d eo fa l s oi m p l i c a t e di n RNA r e p l i c a t i o n . t h ec h a i n p r o p e r ,a n d t h e r ei s e v i d e n c et h a tc a p p i n gi s p e r -

A l t h o u g ht h e a v a i l a b l eg e n e t i ce v i d e n c ei sc o m p a t i b l ew i t h f o r m e db y a n e a r l yv i r a lf u n c t i o n( 2 3 ) .A n e n z y m ei n v o l v e dt h ei d e at h a te i t h e ro r b o t hg r o u p so f p r o t e i n sm ay b e c o m p o - i n c a p p i n g( p e r h a p sc o u p l e dt o t h e i n i t i a t i o no f p l u ss t r a n dn e n t s o ft h ev i r a lr e p l i c a s e s ,t h e ym i g h ta l t e r n a t i v e l y ,o r i n s y n t h e s i s )m i g h tt h u s b e e n c o d e db y a l lf o u rg r o u p so f v i r u s -a d d i t i o n ,b e i n v o l v e di nm o r e s p e c i a l i z e dr o l e si nRNA r e p l i - e s . A l lf o u rg r o u p sa l s ou s e s u b g e n o m i cRNA s y n t h e s i st o

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4/5

P r o c . N a t LA c a d S c i U S A 8 1 ( 1 9 8 4 ) 4 3 6 1

1 0 3 0 5 0 70 90I ~ v T I VF FSG RH Gf P . Ji a EW T K o 7 NCG p I _ _ _ V T Ii F F SGY 3H f A 3 a gEW-ATSKSLDtPKi I ~ VFNN QSSE N C -EFRFK;LHC EA T I PTH N I I R DV Y P F S A M N GSA

Q L Q LSVFKG F VA A P K FQK INST MMNN - M D I _ KD S y A A I P KQI K L I P FM TE C Y K Y Q B L Y S S S V - - -P A N V C HYQ D G T P - - - S Y p YE A R A E NfjAP

1 1 0 13 0 1 5 0 1 7 0 1 90

U L ; V VNSV N NS I f j l V I D LCMFPDFISEGE VfF QDYIf N P J D P E LY S I P L G B - - R S I R S ~Q T EVL TK R V P R I M KAT AAKF jGEDCLSMDVK. WYj HI?LQGVNVAAET D L g Y f QMPRQ dL P IDAE SL F K - I K R J N K N V S L f q S R E ELEKQEQVTIGQLAIFDF0DLPAV

JA U N L T ELPTL F CI YWEE F K I ITT V f AY VAe L g G P K A A A L FA K T Y N LV P L Q E V P2 1 0 2 3 0 2 5 0 2 70 2 90

R I S N E L H L E R P PITJ iiAAADERISTI FH FSIj F A B D A S FI I F S K F D K S Q N E L H H EH SK V T D T I L H L EV AIA HSKjGV Sg FSP JA T F ERFIV ISSL LK NV RL NN RY FL ADESKFDKSQ&LHLEH K L I Q L E ILD IDL LF | RKT I EFFGDLDSHVPMD L LDIS D K S Q N § R H C AMD MIR VTP GKHTE KRVEN QAAEP LAJY TLLD ADFKAIISKQGDPKS DAMAJ

3 1 0 3 3 0 3 5 0 370 390

EKY NE FN HRKRI SK F l N o D | F Q R RT G D A LTLG I C PNVKFVV GDDS LIGT EELP RQEFLV1A L GF N I4|SDF Y j L S D |PH S SQRRTG YFGNT FSGDDSLI IS P - - V L D T D M

VEY IERRLGFED jEE RT TI YJIG JIK TCIWY SV T V I I S PMEKIIK YFPKG CEFP VQ HSATGLtIEqFGEISSTHLPTTR K F G A M S F U L TLNVVIAS EERLKTSR AAFIGDNI H G P S D - - K E M A E R C

4 1 0 4 3 0 4 5 0 4 70 4 90

FIPHM FC SKFLITMP 11jGGKFJLP KN I WYQ - S IDIGG R VRLFN ME V MP - P - S V P S KF VETE M L S t F - PD P IR L RAHF SCDR4F E I L

NLMMEEA LFKK Y F CY HHD y1I YY DPL G HI E E SLCDVAVSL1ANCAYY WEWE V H K TA P E]A 2 W I I I V G AV I G E R PYF C ILQDS AC R E - DPL F G LP DE D D R DE JTAWFRVGIT EVDN

5 1 0 5 3 0 5 5 0

S- E A A L IS L G I F A G K T L C K E C L F N E K H E S N V K I K P R R V K K S H S D A R S R A R R A *H KY K P W I F E E V R A A L A A F E L S E N F L R F S D C Y C T E G I R V Y Q M S D P V C K F -r e s i d u e s t o C t e r m i n u s

GS s V Y L S k V L S L F I D G S I S I CI T P J L h R T F A Q SJ R AE AIRGEIKH I j U J G G P K *

F I G 3 . A l i g n m e n to f t h eh o m o l o g o u sp o r t i o n so f t h ea m i n oa c i ds e q u e n c e so f AMV R NA2 p r o d u c t2 a ( A 2 ;t o p l i n e ) ,BMV R NA2 p r o d u c t2 a ( B 2 ;s e c o n dl i n e ) ,t h er e a d - t h r o u g hd o m a i no f T M Vp 1 8 3( T 2 ;t h i r dl i n e ) ,a n d n s 7 2 ,t h er e a d - t h r o u g hp o r t i o no f S i n d b i sv i r u sp 2 7 0( b o t t o ml i n e ) .T h e f i g u r ei s n u m b e r e df o rr e f e r e n c eo n l y ;s e q u e n c e sb e g i na t r e s i d u e2 6 5 o fA 2 ,2 0 2 o fB 2 ,a n d 1 o f T 2 ( i m m e d i a t e l ya f t e rt h ep 1 2 6t e r m i n a t i o nc o d o n )a n d ,f o rn s 7 2 ,1 0 1 r e s i d u e sa f t e rt h eo p a lc o d o ni n t h eS i n d b i sn o n s t r u c t u r a lc i s t r o n .P e r c e n t a g ei d e n t i t i e si n t h ep a i r w i s ea l i g n m e n t s( i n c l u d i n gg a p s )a r e A2 v s .B 2 ,3 0 . 8 % ;A2 v s .T 2 ,2 1 . 6 % ;A2 v s . n s 7 2 ,1 8 . 5 % ;B 2 v s .T 2 ,2 1 . 4 % ;B 2 v s .n s 7 2 ,1 8 . 3 % ;T 2 v s . n s 7 2 ,2 0 . 0 o .

c o n t r o le x p r e s s i o no f t h e i rs t r u c t u r a lp r o t e i n st e m p o r a l l ya n d q u a n t i t a t i v e l y .T h i s i s t h e r e f o r ea n o t h e r c a nd i da t ef o rap o t e n t i a lc o m m o n f u n c t i o nf o ra h o m o l o g o u sp r o t e i n .

E v o l u t i o n a r yI m p l i c a t i o n s .T h e s t r u c t u r a ls i m i l a r i t i e sb e -t w e e nt h e s ep r o t e i n sma y r e f l e c te i t h e rc o n v e r g e n te v o l u t i o nd u e t o c o m m o n f u n c t i o n so r c o m m o n o r i g i n si n p r e e x i s t i n gv i r a lo r h o s t g e n e so r s o m ec o m b i n a t i o no f t h e s ep o s s i b i l i -t i e s ,w h i c hw e c o n s i d e ri n t u r n .

G e n e r a ln e c e s s i t i e so f RNA r e p l i c a t i o n ,s u c ha s t h ea b i l i t yt o b i n dRNA, m i g h ta c c o u n tf o ra d e g r e eo f r e s e m b l a n c ea m o n gt h ee n z y m e sr e s p o n s i b l e .I n p a r t i c u l a r ,o n e m i g h tq u e s t i o nw h e t h e rt h eh o m o l o g yo b s e r v e damong t h et h r e ep l a n tv i r u s e sa n d t h ea l p h a v i r u s e si sd u e t o c o n v e r g e n c e .S e -q u e n c ec o m p a r i s o n sa l o n ec a n n o tp r o v i d ea d e f i n i t ea n s w e r .H o w e v e r ,t h ed e m o n s t r a t i o no f a m i n oa c i ds e q u e n c eh o m o l -o g yb e t w e e na p r o t e i ne n c o d e db y c a u l i f l o w e rm o s a i cv i r u sa n d t h er e v e r s et r a n s c r i p t a s e so f b ot hr e t r o v i r u s e sa n d h e p -a d n a v i r u s e s( 2 4 ) ,a n d b e t w e e nt h er e p l i c a s e so f c o w p e am o -s a i cv i r u sa n d p i c o r n a v i r u s e s( 2 5 ) ,s u g g e s t st h a ts e v e r a lg r o u p so f p l a n ta n d a n i m a lv i r u s e sm a y u s e s i m i l a rp r o t e i n si nt h e i rr e p l i c a t i o n .S i n c ee a c hg r o u pu s e s a d i s t i n c t i v es e to fp r o t e i n st o a c h i e v et h ec o m m o n e n d o f r e p l i c a t i n ga n RNAt e m p l a t e ,w e s u g g e s t t h a te a c h g r o u po f p r o t e i n sowes i t sc o m m o n f e a t u r e st o d e s c e n tf r o ma c o m m o n a n c e s t o r .

T h eg e n o m e so f AMV a n d B M V, w h i c ha r e s i m i l a ra p a r tf r o mt h e i r3 ' t e r m i n i ,c l e a r l ye v o k ea c o m m o n v i r a la n c e s t r y ,bu t t h eTMV g e n o m ea l s oh a s many s t r u c t u r a lm o t i f si nc o m m o n w i t ht h et r i p a r t i t ev i r u s e s .E a c hv i r u se n c o d e sf o u rw e l l - c h a r a c t e r i z e dt r a n s l a t i o np r o d u c t s( F i g .4 ) ,o f w h i c ht h et w o l a r g e s ts h o wc l e a r l yi d e n t i f i a b l ea m i n oa c i ds e q u e n c eh o m o l o g y .T h e RNA t e r m i n is h o ws i m i l a r i t i e sa s a l r e a d y

o u t l i n e d .P o s s i b l y ,a T M V - l i k ev i r u sc o u l d b e g e n e r a t e db y

t h ef u s i o no fa l lt h r e eRNA s e g m e n t s o fa t r i p a r t i t ev i r u st of o r ma s i n g l eRNA, p r o v i d i n gt h a tc o n t r o ls e q u e n c e sa p p r o -p r i a t et o t h ee x p r e s s i o no fT 2 a n d T 3 w e r e g e n e r a t e da n dt h a tt h ep a r t i c l eb e c a m ea d a p t e dt oc a r r ya l a r g e rRNA. C o n -v e r s e l y ,a s e g m e n t e dv i r u sc o u l d b e d e r i v e df r o ma T M V-l i k ep r o g e n i t o rb y f i s s i o n ,p r o v i d e dt h a tt h ef r a g m e n t sb e -c a m e a b l et o r e p l i c a t ea n d b e e n c a p s i d a t e d .

T h e t h r e ep l a n tv i r u s e sa n d t h ea l p h a v i r u s e sm i g h ta l s oh a ve d e s c e n d e df r o ma c o m m o n v i r a la n c e s t o rw h o s ee x i s -t e n c e p r e d a t e dt h ed i v e r g e n c eo f t h ep l a n ta n d a n i m a lk i n g -d o m s .T h i s w o u l dn e c e s s i t a t ee x t r a o r d i n a r ys e l e c t i o np r e s -s u r e s a t t h ep r o t e i nl e v e lg i v e nt h eh i g hm u t a t i o nr a t eo fR NA v i r u sg e n o m e s( 2 6 ,2 7 ) .A l t e r n a t i v e l y ,a m o r er e c e n ta n c e s t r a lv i r u sm i g h th a v e e x i s t e dt h a tc o u l d r e p l i c a t ei nb o t h p l a n ta n d a n i m a lc e l l s ,l i k et h er e o - a n d r h ab do v i r us e so fp l a n t st h a ta l s om u l t i p l yi n t h e i ri n s e c tv e c t o r s ( 2 8 ) ,b u t

t h i sd o e sn o t r e a d i l ya c c o u n tf o rt h em a j o rd i f f e r e n c e si ng e -n o m i co r g a n i z a t i o nc o n t r a s t e dw i t h t h e c o n s e r v a t i o no f p r o -t e i ns e q u e n c e .I t s e e m sm o r e a t t r a c t i v et o e x p l a i nt h i si n ad i f f e r e n tw a y .

I t i sc l e a r l yn e c e s s a r yt o p o s t u l a t es o m e f o r mo f r e c o m b i -n a t i o nt o a c c o u n tf o ri n t e r c o n v e r s i o no f t h et r i p a r t i t ea n dTMV g e n o m e sd u r i n ge v o l u t i o n ,e v e n a s s u m i n ga c o m m o nv i r a la n c e s t r y .G i v e nr e c o m b i n a t i o n ,i t s e e m se q u a l l y p o s s i -b l et h a ts i m i l a rg e n e s m ay b e i n c o r p o r a t e di n d e p e n d e n t l yi n t od i f f e r e n tv i r a lg e n o m e sf r o ma s e p a r a t ec o m m o n s o u r c e ,p r e s u m a b l yc e l l u l a rg e n e s . T h e r ea r e a t l e a s ttw o p o s s i b i l i -t i e sf o rs u c h a r e c o m b i n a t i o nm e c h a n i s m .A l t h o u g hr e v e r s et r a n s c r i p t i o ni s n o t t h o u g h tt o b e i n vo l ve di nn o r m a lr e p l i c a -t i o nb y t h e s e v i r u s e s ,r a r e r e v e r s et r a n s c r i p t i o ns u c h a s ma y

B i o c h e m i s t r y :H a s e l o f fe t a L

8/19/2019 PNAS-1984-Haseloff-4358-62

5/5

4 3 6 2 B i o c h e m i s t r y :H a s e l o f fe t a l .

RN A RN A 2 RN A3B M V T y r T y r C O WTyr

a 2 o 3 a C P

TM V H i so rV a lp 1 2 6 8 CP

S i n d b i s - _ __

. I WM (A )p 2 3 0 p270 r / t p 1 3 0

3 6 9 1 2 k b

F I G 4 . S c h e m a t i cd i a g r a mo f t h e genomes o f BMV ( A M V i ss i m i l a re x c e p t t h a tt h e AMV RNAs c a n n o t b e a m i n o a c y l a t e d ) ,T M V, a n d S i n d b i sv i r u s .P r o t e i n h o m o l o g i e sa r e m a r k e db y c o n -n e c t i n gl i n e s .G e n e se x p r e s s e db y s u p p r e s s i o no f t r a n s l a t i o n a lt e r -m i n a t i o nar e s h o w h s t i p p l e da n d t h o s e e x p r e s s e dv i as u b g e n o m i cRNAs ar e c r o s s h a t c h e d .A l lRNAs s h o w nb e a r 5 ' c a p s . 3 ' p o l y ( A )or a m i n oa c i da c c e p t i n gs t r u c t u r e s ar e m a r k e das a p p r o p r i a t e .

o c c u r d u r i n gp s e u d o g e n ef o r m a t i o nb y c e l l u l a rm R N A s ( 2 9 )c o u l d b e f o l l o w e db y r e c o m b i n a t i o na t t h e DNA l e v e l .A n -o t h e rd i s t i n c tp o s s i b i l i t yi s t h a tr e c o m b i n a t i o nmay o c c u r b ysome a s y e t u n s p e c i f i e dm e c h a n i s ma t t h e RNA l e v e l .T h e r ei sg e n e t i ca n d b i o c h e m i c a le v i d e n c ef o rRNA r e c o m b i n a t i o ni n picornav i ruses ( 3 0 - 3 2 ) ,a n d i t i sa l s oi m p l i c a t e di nt h egen-

e r a t i o no f d e f e c t i v ei n t e r f e r i n gRNAs (D I RNAs) i n manyv i r u s e s ,i n c l u d i n ga l p h a v i r u s e s( 3 3 ,3 4 ) .E i t h e r o r b o t h o ft h e s em e c h a n i s m sm i g h tm o d i f yv i r a lg e n o m e s b y r e c o m b i -n a t i o nw i t h c e l l u l a rgenes o r b e r e s p o n s i b l ef o ra s s e m b l i n ggenes p r o g r e s s i v e l yt o f o r mt h ev i r u s e si nt h e f i r s tp l a c e .T h er e c e n t d i s c o v e r yo f a S i n d b i sv i r u sD I RNA w i t ha c o v a l e n t -l ya t t a c h e dc e l l u l a rtRNA a t i t s5 ' e n d ( 3 4 )i s d i r e c te v i d e n c et h a ts u c h g e n e t i ce x c h a n g e sa r e p o s s i b l e ,w h a t e v e rt h e i rm e c h a n i s m .On a f o r m a lb a s i s ,t h e d i f f e r e n c e si n g e n o m i co r g a n i z a t i o no f t h e s e f o u r v i r u s e s c a n b e r e g a r d e da s p e r m u -t a t i o n so f m o d u l e so f r e l a t e dg e n e t i ci n f o r m a t i o na n d o f c o n -t r o l l i n ge l e m e n t sa p p r o p r i a t et o t h e i rd i s t r i b u t i o na l o n go n eo r more v i r a lRNAs. U l t i m a t e l y ,a l lo f t h e m o d u l e so f i n f o r -m a t i o nw h o s er e a s s o r t m e n twe o b s e r v eas v i r u s e sw i t h d i f -f e r e n ts t r u c t u r e s may b e c e l l u l a ri n o r i g i n .I n t h a tcase, t h esequence c o n s e r v a t i o nd i s p l a y e db y t h e p r o t e i n sc o n s i d e r e dh e r e may r e f l e c t s t r o n g

c e l l u l a re v o l u t i o n a r y

c o n s e r v a t i o n ,m a i n t a i n e da f t e rt r a n s d u c t i o nb y r e s i d u a lf u n c t i o n a lc o n -s t r a i n t sa n d b y t h en e e dt oi n t e r a c tw i t ht h ep r o d u c t so f o t h e rgenes t h a tr e m a i ni n t h emore s l o w l ye v o l v i n gh o s tc e l l .

N o t e A d d e di n P r o o f . E x a m i n a t i o no f t h e r e c e n t l yp u b l i s h e dcomp l e t eS i n d b i sv i r u sRNA sequence ( 3 5 )s h o w st h a tt h e S i n d b i sn s P 1a n d n s P 2 p r o t e i n sar e r e l a t e d t o t h e A l / B 1 / T 1group o f p r o t e i n ss h o w na l i g n e di n F i g .2 a b o v e( u n p u b l i s h e dr e s u l t s ) .

P. K . a c k n o w l e d g e st h es u p p o r t o f N a t i o n a lI n s t i t u t e so f H e a l t hP u b l i cH e a l t h S e r v i ce G r an t sA I - 1 4 6 6a n d A I - 1 5 3 4 2a n d C a r e e rAward A I - 2 1 9 4 2d u r i n gt h i sw o r k .J . H . i s a C o m m o n w e a l t hS c i e n -t i f i ca n d I n d u s t r i a lR e s e a r c hO r g a n i s a t i o nP o s t d o c t o r a lF e l l o w a n dP. G . was a T h o m a sC . U s h e rF e l l o w .

1 . S t r a u s s ,E . G . S t r a u s s ,J . H . ( 1 9 8 3 ) C u r r . T o p . M i c r o b i o l .I m m u n o l .1 0 5 , 1 - 9 7 .

2 . G o e l e t ,P . , L o m o n o s s o f f ,G . P . , B u t l e r ,P . J . G . , A k a m ,M . E . , G a i t ,M . J . & K a r n , J . ( 1 9 8 2 )P r o c . N a t l .A c a d . S c i .U SA 7 9 ,5 8 1 8 - 5 8 2 2 .

3 . H i r t h ,L . R i c h a r d s ,K . E . ( 1 9 8 1 )A d v . V i r u sR e s . 2 6 ,1 4 5 -1 9 9 .

4 . C o r n e l i s s e n ,B . ,B r e d e r o d e ,F . ,M o o r m a n ,R . B o l ,J . ( 1 9 8 3 )N u c l e i cA c i d sR e s . 1 1 ,1 2 5 3 - 1 2 6 5 .

5 . C o r n e l i s s e n ,B . ,B r e d e r o d e ,F . ,V e e n e m a n ,G . ,v a n B o o m ,J .& B o l ,J . ( 1 9 8 3 )N uc l e ic A c i dsR e s . 1 1 ,3 0 1 9 - 3 0 2 5 .

6 . B a r k e r ,R . , J a r v i s ,N . ,T h o m p s o n ,D . , L o e s c h - F r i e s ,L .

H a l l ,T . ( 1 9 8 3 )N u c l e i cA c i d sR e s . 1 1 ,2 8 8 1 - 2 8 9 1 .7 . A h l q u i s t ,P . ,D a s g u p t a ,R . K a e s b e r g ,P . ( 1 9 8 4 )J . M o l .B i o l .1 7 2 ,3 6 9 - 3 8 3 .

8 . A h l q u i s t ,P . , L u c k o w ,V . K a e s b e r g ,P . ( 1 9 8 1 )J . M o l .B i o l .1 5 3 ,2 3 - 3 8 .

9 . v a n V l o t e n - D o t i n g ,L . & J a s p a r s ,E . M . J . ( 1 9 7 7 )i n C o m p r e -h e n s i v eV i r o l o g y ,e d s .F r a e n k e l - C o n r a t ,H . W a g n e r ,R . R .( P l e n u m ,Ne w Yo r k ) ,Vo l . 1 1 ,p p .1 - 5 3 .

1 0 . S t r a u s s ,E . G . ,R i c e ,C . M . S t r a u s s ,J . H . ( 1 9 8 3 )P r o c .N a t l .A c a d .S c i .U SA 8 0 ,5 2 7 1 - 5 2 7 5 .

1 1 . S c h l e s i n g e r ,R . W . , e d . ( 1 9 8 0 )T h e T o g a v i r u s e s( A c a d e m i c ,Ne w Yo r k ) .

1 2 . S t a d e n ,R. ( 1 9 8 2 )N u c l e i cA c i d sR e s . 1 0 ,2 9 5 1 - 2 % 1 .1 3 . D e v e r e a u x ,J . ,H a e b e r l i ,P . S m i t h i e s ,0 . ( 1 9 8 4 )N uc l e ic A c -

i d sR e s . 1 2 ,3 8 7 - 3 9 5 .1 4 . R o o s i e n ,J . & v a n V l o t e n - D o t i n g ,L . ( 1 9 8 2 )J . G e n . Vi r o l .6 3 ,

1 8 9 - 1 9 8 .1 5 . D o o l i t t l e ,R . F . ( 1 9 8 1 )S c i e n c e2 1 4 ,1 4 9 - 1 5 9 .1 6 . D i a m o n d ,A . ,D u d o c k ,B . H a t f i e l d ,D . ( 1 9 8 1 )C e l l2 5 ,4 9 7 -5 0 6 .1 7 . H a t f i e l d ,D . L . , D u d o c k ,B .S . & E d e n , F . C . ( 1 9 8 3 )P r o c .

N a t l .A c a d .S c i .U SA 8 0 ,4 9 4 0 - 4 9 4 4 .1 8 . B i e n z ,M . & K u b l i ,E . ( 1 9 8 1 )N a t u r e( L o n d o n )2 9 4 ,1 8 8 - 1 9 0 .1 9 . N a s s u t h ,A . & B o l ,J . ( 1 9 8 3 )V i r o l o g y1 2 4 ,7 5 - 8 5 .2 0 . N a s s u t h ,A . , A l b l a s ,F . B o l ,J . ( 1 9 8 1 )J . G e n . V i r o l .5 3 ,2 0 7 -

2 1 4 .2 1 . K i b e r s t i s ,P . A . ,L o e s c h - F r i e s ,L . S . & H a l l ,T C . ( 1 9 8 1 )V i -

r o l o g y1 1 2 ,8 0 4 - 8 0 8 .2 2 . D a w s o n ,W . 0 . ( 1 9 8 1 )V i r o l o g y1 1 5 ,1 3 0 - 1 3 6 .2 3 . C r o s s ,R . K . ( 1 9 8 3 )V i r o l o g y1 3 0 ,4 5 2 - 4 6 3 .2 4 . T o h , H . ,H ay a s h i d a , H .& M i y a t a ,T . ( 1 9 8 3 )N a t u r e( L o n d o n )

3 0 5 ,8 2 7 - 8 2 9 .2 5 . F r a n s s e n ,H . , L e u n i s s e n ,J . , G o l d b a c h ,R . ,L o m o n o s s o f f ,G .

& Z i m m e r n ,D . ( 1 9 8 4 )EMBO J . 3 , 8 5 5 - 8 6 1 .2 6 . D o m i n g o ,E . ,S a b o ,D . ,T a n i g u c h i ,T & W e i s s m a n n ,C . ( 1 9 7 8 )

C e l l1 3 ,7 3 5 - 7 4 4 .2 7 . H o l l a n d ,J . , S p i n d l e r ,K . , H o r o d y s k i ,F . ,G r a b e a u ,E . ,N i c h o l ,

S . & Va n d e P o l ,S . ( 1 9 8 2 )S c i e n c e2 1 5 ,1 5 7 7 - 1 5 8 5 .2 8 . M a t t h e w s ,R . E . F . ( 1 9 8 1 )P l a n t V i r o l o g y( A c a d e m i c ,Ne w

Yo r k ) ,2 n d E d . ,p p .5 9 1 - 5 9 8 .2 9 . H o l l i s ,G . F . , H i e t e r ,P . A . , M c B r i d e ,0 . W . , S w a n ,D .

L e d e r , P . ( 1 9 8 2 )N a t u r e( L o n d o n )2 9 6 ,3 2 1 - 3 2 5 .3 0 . C o o p e r ,P . D . ( 1 9 7 7 )i n C o m p r e h e n s i v eV i r o l o g y ,e d s .F r a e n -

k e l - C o n r a t ,H . & W a g n e r ,R . R . ( P l e n u m ,Ne w Yo r k ) ,Vo l . 9 ,p p .1 3 3 - 2 0 7 .

3 1 . K i n g ,A . M . Q . , M c C a h o n ,D S l a d e ,W. R . Newman,J . W. I . ( 1 9 8 2 )C e l l2 9 ,9 2 1 - 9 2 8 .

3 2 . T o l s k a y a ,E . A . , R o m a n o v a ,L A . , K o l e s n i k o v a ,M . S . A g o l ,V . I . ( 1 9 8 3 )V i r o l o g y1 2 4 ,1 2 1 - 1 3 2 .

3 3 . L e h t o v a a r a ,P . ,S o d e r l u n d ,H . , K e r a n e n ,S . ,P e t t e r s s o n ,R . F . K a a r i a i n e n ,L . ( 1 9 8 1 )P r o c . N a t l .A c a d .S c i .US A 7 8 ,5 3 5 3 -5 3 5 5 .

3 4 . M o n r o e ,S . S . S c h l e s i n g e r ,S . ( 1 9 8 3 )P r o c . N a t l .A c a d .S c i .U S A 8 0 ,3 2 7 9 - 3 2 8 3 .

3 5 . S t r a u s s ,E . G . , R i c e ,M . S t r a u s s ,J . H . ( 1 9 8 4 )Vi r o l o g y1 3 3 ,9 2 - 1 1 0 .

1

P r o c .N a t LAcad S c i .U S A 8 1 ( 1 9 8 4 )