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植物如何抵抗病毒?我國科學家發現植物干細胞廣譜抗病毒機制

2020-10-10 10:54

  和人類一樣,植物感染病毒也會生病。植物病毒引發的病害是威脅農業生產的第二大病害,作物染上病毒將帶來毀滅性后果,輕則減產、重則絕收。

  那么,植物如何抵抗病毒?有沒有一種方法,能夠抵御威脅作物的大部分病毒,進而保障糧食穩產?

  我國科學家交出了漂亮的答卷。今天凌晨出版的《科學》雜志報道了中國科技大學趙忠團隊的最新研究成果:找到了植物干細胞免疫病毒的關鍵因子—WUSCHEL(WUS)蛋白,并揭示了植物干細胞的廣譜抗病毒機制。

  同行專家如此評論: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。

 

  植物干細胞廣譜抗病毒機制示意圖。美術設計:馬子頌,梁琰

  據趙忠教授介紹,與人體對許多病毒有免疫抵抗能力一樣,植物也能憑借自身的免疫能力抵抗病毒。盡管國內外研究人員已從RNA干擾、細胞自噬、植物激素等多個角度進行了大量研究,但對于植物干細胞具有廣譜抗病毒能力的原因依然不清楚,影響著人類研發植物抗病毒技術的發展。目前已知的植物病毒有1000多種,但人類現有的抗病毒手段只能針對少數的病毒;而且,隨著病毒不斷進化,抗性也會逐漸減弱。

 

  趙忠教授(右一)在指導學生。

  在已有的抗病毒生物技術中,“莖尖脫毒”是少有的可以應用于大多數植物、清除體內病毒的最有效的,但其深層機理一直未被揭示。趙忠團隊以莖尖脫毒技術為靈感來源,歷經8年潛心研究,發現WUS是一個存在于植物干細胞中的關鍵抗病毒蛋白。干細胞內的WUS是一個非常保守的蛋白,從低等植物到高等植物中普遍存在。這個蛋白受病毒感染誘導,并且通過直接抑制一類甲基轉移酶基因,影響了細胞參與蛋白質合成的主要細胞器“核糖體”的組裝,從而降低了蛋白質合成速率。這將直接導致病毒不能利用植物細胞完成自身蛋白質的翻譯和病毒的復制、組裝過程,從而抑制了病毒的傳播。

 

  干細胞抗病毒蛋白廣譜抗病毒示意圖。美術設計:武海軍等

  研究人員發現,WUS蛋白也可以成為其他細胞抵抗病毒的“利器”,研究人員在植物其它細胞中表達WUS蛋白,可以保護植物免受病毒的感染。同時,研究人員還檢查了多種病毒,證實WUS蛋白均可以抑制這些病毒對植物細胞的感染。這說明,WUS蛋白介導的干細胞病毒免疫具有廣譜性。

 

  植物細胞中的WUS通過破壞細胞蛋白質合成來阻止病毒復制,保持了細胞的健康狀態。美術設計:陳磊 梁琰

  該工作研究了植物分生組織存在的廣譜抗病毒免疫活性,第一次發現在病毒抗性和分生組織維持基因之間存在如此精確的分子連接。

  趙忠介紹說,下一步他們計劃將該成果應用到育種中,基于蛋白質人工進化技術,篩選高抗病蛋白,并利用生物技術轉入多種作物中,以得到廣譜高抗病的作物新品種。他表示, WUS作為一個保守的干細胞調節蛋白,其同源蛋白存在于多種植物中?!癢US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的研究思路,為解決全球糧食穩產帶來新曙光?!保ㄈ嗣窬W 趙永新 范瓊 呂騫)

 
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