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我国科学家发现植物干细胞免疫病毒的关键因子:寻找植物抵御病毒的“利器”

发布时间:2020-10-13  来源:未知  作者:学术批评网

  干细胞抗病毒蛋白广谱抗病毒示意图

  美术设计:武海军等

  植物感染病毒后,也会“生病”。那么植物如何抵御病毒?近日,中国科学技术大学生命科学学院赵忠教授团队通过发育生物学和植物病毒学两个领域交叉研究,找到植物干细胞免疫病毒的关键因子—WUSCHEL(WUS)蛋白,揭示植物干细胞的广谱抗病毒机制。

  目前,植物病毒病害已成为农业生产中的第二大病害,每年在全球造成巨大经济损失,植物一旦染上病毒,将带来毁灭性后果。比如,水稻中,由稻飞虱传播的病毒(条纹叶枯病和黑条矮缩病)一旦爆发,轻则减产16%左右,重则绝收。

  植物病毒病源种类繁多,目前已知有1000多种,主要由昆虫传播,无法治愈、高传染性的植物病毒对国家粮食安全的威胁已不容忽视。尽管国内外研究人员已经从多个角度进行大量研究,但对植物干细胞存在广谱抗病毒能力的原因仍不清楚。现有的抗病毒手段只能针对少数的病毒,也无法直接抑制病毒,且随着病毒不断进化,抗性会逐渐减弱。

  目前,农业上多从传播途径入手,通过喷洒农药杀死传播病毒的“使者”。但消耗农药增加了农业生产经济成本,更可能对人和环境造成持续的伤害。

  记者了解到,当前最稳定、可靠的清除植物体内病毒、获得脱毒植物的生物技术为“茎尖脱毒”:科学家们在无菌环境下将感染病毒植物的茎尖切下,放到装有培养基的试管中培养。植物长大后再次将茎尖切下进行培养,重复几轮操作后,就可以获得没有病毒感染的植物。

  这一技术的优点在于具有普适性,对于绝大部分植物及其感染的不同病毒都可以清除;缺点是需要体外培养、步骤繁琐,经济代价很高,其深层机理也一直未被揭示。

  因此,解析茎尖内在的广谱抗病毒机制、寻找抗病毒蛋白,对于培育新型广谱抗病毒作物具有重要意义。

  “在长期的进化过程中,植物很难完全战胜病毒,病毒总是会想尽各种办法去侵染细胞。”赵忠教授研究团队发现,尽管病毒能够入侵绝大部分细胞,但有一类特殊的细胞病毒无法侵染,那就是干细胞。

  “简而言之,这是一类被植物严格保护、具有至关重要的生物学功能的细胞。植物绝大部分器官,包括根、茎、叶、花和果实均来自干细胞的分化。”赵忠介绍,干细胞的稳定对植物的生长发育至关重要,特别是需要严密保护干细胞避免其遭受外界病原微生物和不良环境的胁迫。“若能揭示干细胞的抗病毒机制,让其他细胞也具有类似能力,就可以使整个植物拥有抵御病毒侵袭的能力”。

  “在植物干细胞中,WUS蛋白是一个功能非常保守的蛋白质,但又是一个存在于植物干细胞中的关键抗病毒蛋白,从低等植物到高等植物都含有这个蛋白。”2011年,赵忠回国后,历经8年时间潜心研究,带领团队另辟蹊径,以传统的茎尖脱毒技术为灵感,发现干细胞一旦感知到病毒的来临,WUS蛋白会被迅速诱导,抑制蛋白质合成中的最关键设备-核糖体,极大降低植物细胞内的蛋白质合成能力。

  “这样病毒进入后,无法利用植物细胞合成病毒蛋白,因而病毒不能进行有效的复制,也就无法继续侵染其他细胞,从而抑制病毒的传播。”他补充道。

  此外,病毒入侵时,WUS蛋白不仅能够保护干细胞,同时还能够“逆行”移动到干细胞周边,保护干细胞新生的后代细胞免于病毒感染。研究人员又通过关键的遗传实验证实,在植物其他细胞中表达WUS蛋白,可以保护植物免受病毒的感染。这说明WUS介导的干细胞病毒免疫具有广谱性。

  该成果于10月9日发表在国际顶尖学术杂志《Science》上。同行专家评论:“此研究解决了一个长期存在且备受关注的问题,是植物病理学和植物发育领域的一个开创性研究。”

  团队研究人员表示,WUS蛋白介导的广谱抗病毒机制可以为多种作物抗病毒防治提供一个新研究思路,可能为解决全球粮食稳产问题带来新曙光。

  中青报·中青网记者 王海涵 通讯员 范琼 李晓曦 来源:中国青年报




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