尋找植物抵禦病毒的“利器”

我國科學家發現植物幹細胞免疫病毒的關鍵因子

植物感染病毒後，也會“生病”。那麼植物如何抵禦病毒？近日，中國科學技術大學生命科學學院趙忠教授團隊通過發育生物學和植物病毒學兩個領域交叉研究，找到植物幹細胞免疫病毒的關鍵因子—WUSCHEL（WUS）蛋白，揭示植物幹細胞的廣譜抗病毒機制。

目前，植物病毒病害已成為農業生產中的第二大病害，每年在全球造成巨大經濟損失，植物一旦染上病毒，將帶來毀滅性後果。比如，水稻中，由稻飛蝨傳播的病毒（條紋葉枯病和黑條矮縮病）一旦爆發，輕則減產16%左右，重則絕收。

植物病毒病源種類繁多，目前已知有1000多種，主要由昆蟲傳播，無法治癒、高傳染性的植物病毒對國家糧食安全的威脅已不容忽視。儘管國內外研究人員已經從多個角度進行大量研究，但對植物幹細胞存在廣譜抗病毒能力的原因仍不清楚。現有的抗病毒手段只能針對少數的病毒，也無法直接抑制病毒，且隨着病毒不斷進化，抗性會逐漸減弱。

目前，農業上多從傳播途徑入手，通過噴灑農藥殺死傳播病毒的“使者”。但消耗農藥增加了農業生產經濟成本，更可能對人和環境造成持續的傷害。

記者瞭解到，當前最穩定、可靠的清除植物體內病毒、獲得脱毒植物的生物技術為“莖尖脱毒”：科學家們在無菌環境下將感染病毒植物的莖尖切下，放到裝有培養基的試管中培養。植物長大後再次將莖尖切下進行培養，重複幾輪操作後，就可以獲得沒有病毒感染的植物。

這一技術的優點在於具有普適性，對於絕大部分植物及其感染的不同病毒都可以清除；缺點是需要體外培養、步驟繁瑣，經濟代價很高，其深層機理也一直未被揭示。

因此，解析莖尖內在的廣譜抗病毒機制、尋找抗病毒蛋白，對於培育新型廣譜抗病毒作物具有重要意義。

“在長期的進化過程中，植物很難完全戰勝病毒，病毒總是會想盡各種辦法去侵染細胞。”趙忠教授研究團隊發現，儘管病毒能夠入侵絕大部分細胞，但有一類特殊的細胞病毒無法侵染，那就是幹細胞。

“簡而言之，這是一類被植物嚴格保護、具有至關重要的生物學功能的細胞。植物絕大部分器官，包括根、莖、葉、花和果實均來自幹細胞的分化。”趙忠介紹，幹細胞的穩定對植物的生長發育至關重要，特別是需要嚴密保護幹細胞避免其遭受外界病原微生物和不良環境的脅迫。“若能揭示幹細胞的抗病毒機制，讓其他細胞也具有類似能力，就可以使整個植物擁有抵禦病毒侵襲的能力”。

“在植物幹細胞中，WUS蛋白是一個功能非常保守的蛋白質，但又是一個存在於植物幹細胞中的關鍵抗病毒蛋白，從低等植物到高等植物都含有這個蛋白。”2011年，趙忠回國後，歷經8年時間潛心研究，帶領團隊另闢蹊徑，以傳統的莖尖脱毒技術為靈感，發現幹細胞一旦感知到病毒的來臨，WUS蛋白會被迅速誘導，抑制蛋白質合成中的最關鍵設備-核糖體，極大降低植物細胞內的蛋白質合成能力。

“這樣病毒進入後，無法利用植物細胞合成病毒蛋白，因而病毒不能進行有效的複製，也就無法繼續侵染其他細胞，從而抑制病毒的傳播。”他補充道。

此外，病毒入侵時，WUS蛋白不僅能夠保護幹細胞，同時還能夠“逆行”移動到幹細胞周邊，保護幹細胞新生的後代細胞免於病毒感染。研究人員又通過關鍵的遺傳實驗證實，在植物其他細胞中表達WUS蛋白，可以保護植物免受病毒的感染。這説明WUS介導的幹細胞病毒免疫具有廣譜性。

該成果於10月9日發表在國際頂尖學術雜誌《Science》上。同行專家評論：“此研究解決了一個長期存在且備受關注的問題，是植物病理學和植物發育領域的一個開創性研究。”

團隊研究人員表示，WUS蛋白介導的廣譜抗病毒機制可以為多種作物抗病毒防治提供一個新研究思路，可能為解決全球糧食穩產問題帶來新曙光。