科學網—抗病基因與植物病毒的智能戰

2020-11-30 科學網

 

■本報通訊員 陳潔 王亦凡 記者 李晨

負鏈RNA 病毒是一類嚴重威脅生命健康的病原微生物，該類病毒包含（禽）流感病毒、狂犬病病毒、伊波拉病毒等極具危險性的人畜共患病毒；也包含對農業生產具有嚴重威脅的植物病毒，特別是番茄斑萎病毒屬（Tospovirus） 和纖細病毒屬（Teniuvirus）病毒在農業生產上危害尤為嚴重。

近日，國際植物病理學權威雜誌Annual Review of Phytopathology在線發表了南京農業大學植保學院植物病毒學實驗室的綜述論文，全面而系統地總結了番茄斑萎病毒屬病毒如何劫持和利用寄主因子成功侵染植物以及病毒與寄主先天免疫系統的相互博弈過程，並對該領域今後的研究方向和內容進行了展望。

論文第一作者、南京農業大學副教授朱敏告訴記者，番茄斑萎病毒屬病毒及其典型成員番茄斑萎病毒每年在全球範圍內造成數十億美元的經濟損失，被列為世界上為害最嚴重的植物病毒。該屬病毒對我國雲南等省份的番茄、辣椒、馬鈴薯、花生、萵苣、花卉和瓜果等作物造成了嚴重的經濟損失。

隨著全球氣候變暖及國際貿易的日益頻繁，傳播該番茄斑萎病毒屬病毒的昆蟲介體薊馬得以迅速蔓延，因此我國的番茄斑萎病毒病也有擴散甚至爆發的趨勢。

另外，同為植物多分體負鏈RNA 病毒的纖細病毒屬及典型成員水稻條紋病毒則在我國廣大稻區造成了極其嚴重的危害，在病毒流行年份僅江蘇省發病面積就達2000 萬畝，佔江蘇省水稻總面積的70%。

朱敏介紹，植物病毒基因組僅編碼少數幾個蛋白，它們必須依賴於寄主植物才能完成自身的侵染和增殖。因此植物病毒大多通過其編碼的蛋白來劫持或者利用寄主因子來完成自身的生命過程。與此同時，寄主植物在感知病毒的種種入侵性行為後，則會啟動自身的防禦體系來抵抗病毒侵染，於是植物與病毒之間為了各自的生存「鬥智鬥勇」。

論文通訊作者、南京農業大學教授陶小榮團隊圍繞番茄抗病蛋白Sw-5b就寄主植物抵禦病毒侵染的防衛機制開展了一系列研究。研究結果表明，Sw-5b在寄主植物對病毒的防禦戰中扮演著核心的「分子開關」的角色。在沒有監測到病毒時，Sw-5b 這一分子開關處於深度抑制狀態（關閉態）；而一旦監測到病毒，這個分子開關就轉換為激活狀態（開放態），進而發動對病毒的防禦戰，以一種精確的「自殺式自救」的方式保護植物不被病毒侵染。

這篇綜述論文回顧了相關研究成果。該團隊2017年的研究發現，Sw-5b對一些番茄斑萎病毒屬成員具有廣譜抗性，並解析了Sw-5b發揮廣譜抗性的分子機制，提出了一種植物抗病蛋白廣譜抗性的新模式。團隊近期剛發表的研究成果發現，抗病蛋白Sw-5b 進化出兩個功能域並通過兩步識別機制監測病毒入侵，第一步特異性識別病毒，打開一層開關，第二步再特異性識別病毒，再打開一層開關，通過雙重保障，準確識別病毒並精確激活分子開關，進而發動一場對病毒的精確打擊。

陶小榮對今後的研究如何在控制番茄斑萎病毒病上發力進行了展望，闡述了幾種可以作用的途徑，包括突變或敲除病毒侵染所必需的特定植物蛋白，從而抑制病毒侵染的能力；利用最新基因編輯技術（例如CRISPR-Cas9）將Sw-5b等抗病基因導入感病植物中使它們產生抗病性；參照現有的一些具有廣譜抗性抗病基因的特徵，對抗病基因進行分子設計和改造，使其具有更廣的抗性譜，以抵抗更多不同種類的病原微生物如病毒、細菌和真菌，等等。

本論文的第一署名單位為南京農業大學。荷蘭瓦赫寧根大學的Irene Louise van Grinsven博士和Richard Kormelink副教授參與了文章部分內容的撰寫。項目得到了國家自然科學基金重點項目的資助。

相關論文信息：DOI:abs/10.1146/annurev-phyto-082718-100309

《中國科學報》 (2019-04-09 第5版 農業科技)

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