我們不知道的植物病毒傳播路徑

植物病毒是一種微小的病原體，可以感染植物并導(dǎo)致疾病。它們通常只有20-300納米大小，由核酸（RNA或DNA）和蛋白質(zhì)外殼組成。植物病毒不能在植物體外存活，必須依靠活細(xì)胞來(lái)復(fù)制和傳播。“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編注意到，2024年5月10日在《PLOS Biology》期刊上發(fā)表了一項(xiàng)最新研究，該研究由西班牙馬德里理工大學(xué)的Cristina Sáez領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)。他們探索了一種有趣的現(xiàn)象：植物病毒似乎可以在不需要特定的“護(hù)照”（即運(yùn)動(dòng)蛋白）的情況下，在宿主內(nèi)游歷。

我們知道，植物病毒一直是導(dǎo)致農(nóng)作物疾病的主要因素之一。比如，黃瓜綠斑駁花葉病毒在全球黃瓜種植園的迅速傳播，以及番茄黃化曲葉病對(duì)番茄種植業(yè)的影響。然而，要控制這些疾病卻一直是個(gè)難題，而病毒如何在宿主中傳播，則是解決這一難題的關(guān)鍵。

圖源：?綠會(huì)融媒·“海洋與濕地”（OceanWetlands）工作組。

與動(dòng)物病毒不同，植物病毒必須依賴細(xì)胞內(nèi)的通道進(jìn)行傳播。通常，這需要一種稱為運(yùn)動(dòng)蛋白的“護(hù)照”，以幫助病毒穿過(guò)細(xì)胞間隔。然而，這項(xiàng)新研究卻發(fā)現(xiàn)了一種特殊的植物病毒，它們似乎可以在沒(méi)有這種“護(hù)照”的情況下，自由自在地在宿主中游歷。

這些被稱為柑橘黃脈相關(guān)病毒1和2（CY1 和 CY2）的病毒并不是唯一的例子，但它們的特殊之處在于：它們既不依賴于其他病毒，也不嚴(yán)格依賴于種子傳播。盡管人類尚不清楚它們是如何在自然界中傳播的，但已有人提出，它們可能是通過(guò)昆蟲傳播的。

這一發(fā)現(xiàn)，顛覆了我們以往對(duì)植物病毒的認(rèn)知，即——運(yùn)動(dòng)蛋白是病毒成功“定居”的必要條件。而實(shí)際上，在某些情況下，宿主的蛋白質(zhì)可能會(huì)代替這一功能，為病毒的傳播提供便利。

例如，在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種名為韌皮部蛋白2（PP2）的植物蛋白質(zhì)，它在某些情況下可以替代運(yùn)動(dòng)蛋白，幫助病毒在宿主中傳播。這一發(fā)現(xiàn)為未來(lái)研究提供了新的思路，或許可以通過(guò)干預(yù)這些植物蛋白質(zhì)來(lái)控制病毒的傳播。

盡管依賴宿主蛋白質(zhì)、而非自身編碼運(yùn)動(dòng)蛋白，這似乎是一種“冒險(xiǎn)”，但這項(xiàng)研究令人大開(kāi)眼界，為我們提供了一種對(duì)植物病毒進(jìn)化的新視角?；蛟S，這些病毒只是進(jìn)化過(guò)程中的一個(gè)中間階段，未來(lái)的研究或許可以更深入地揭示植物病毒的奧秘。

上圖：植物病毒在宿主內(nèi)的運(yùn)動(dòng)示意圖。其中，（A）對(duì)于大多數(shù)植物病毒而言，它們的移動(dòng)依賴于病毒移動(dòng)蛋白（MP），在這個(gè)過(guò)程中可能還涉及宿主蛋白（如韌皮部蛋白1和2等）。運(yùn)動(dòng)過(guò)程可能涉及到病毒顆粒，但對(duì)于大多數(shù)RNA病毒而言，它們的移動(dòng)主要依賴于裸露的RNA，這些RNA通過(guò)病毒或宿主蛋白（核糖核蛋白復(fù)合物）的保護(hù)來(lái)避免被核酸酶降解，就像鄰黃脈相關(guān)病毒1（CY1）在相鄰面板中的示意圖所示。（B）由Ying等人展示的依賴宿主MP的移動(dòng)情況則是針對(duì)CY1和CY2的。在這種情況下，病毒和宿主的MP充當(dāng)了“護(hù)照”，促使病毒在細(xì)胞間和通過(guò)韌皮部進(jìn)行長(zhǎng)距離移動(dòng)。病毒可以以病毒顆?；蚵懵兜幕蚪M形式移動(dòng)，而這些基因組由像韌皮部蛋白2（PP2）這樣的宿主蛋白保護(hù)。為了圖示清晰，裸露的CY1病毒RNA被表現(xiàn)為連接到單個(gè)PP1/PP2蛋白上，但實(shí)際上這些蛋白覆蓋了整個(gè)分子以發(fā)揮其保護(hù)作用。韌皮部還運(yùn)輸其他分子，如小RNA、小蛋白、糖等，其中一些分子自由移動(dòng)，而另一些大分子則需要像病毒一樣經(jīng)過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸。這個(gè)示意圖是使用BioRender制作的。來(lái)源：https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002626.g001

海洋與濕地·小百科

1.移動(dòng)蛋白（Movement Protein，MP）：是一種存在于植物病毒中的蛋白質(zhì)，其主要功能是促進(jìn)病毒在植物宿主內(nèi)的活躍移動(dòng)。MP充當(dāng)著一種“護(hù)照”，使得病毒能夠在細(xì)胞內(nèi)部以及不同組織之間進(jìn)行遷移，通過(guò)調(diào)節(jié)胞間連絲（plasmodesmata）的大小排除限制，以及促進(jìn)病毒顆?；騌NA的運(yùn)輸。因此，MP對(duì)于植物病毒的定居和傳播起著關(guān)鍵作用。

2.胞間連絲（Plasmodesmata）：是連接植物細(xì)胞的微細(xì)通道，貫穿細(xì)胞壁，將細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞間液體相連通。這些微通道允許細(xì)胞之間進(jìn)行物質(zhì)交換，包括水分、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、信號(hào)分子和小分子RNA。胞間連絲在調(diào)節(jié)植物發(fā)育、生長(zhǎng)和響應(yīng)環(huán)境脅迫等過(guò)程中起著重要作用。在病毒感染過(guò)程中，一些植物病毒利用胞間連絲作為通道，在植物細(xì)胞之間傳播病毒顆?；騌NA。

3.韌皮部（Phloem）：植物的一種組織，負(fù)責(zé)運(yùn)輸光合產(chǎn)物（如葡萄糖和氨基酸）以及其他重要物質(zhì)。它們將光合作用的產(chǎn)物——葡萄糖，由進(jìn)行光合作用的器官運(yùn)輸?shù)街参锏钠渌课弧２《纠庙g皮部進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸，以便在整株植物中傳播。

4.黃瓜綠斑駁花葉病毒（Cucumber green mottle mosaic virus，縮寫為CGMMV）是一種植物致病病毒，主要感染葫蘆科植物，包括黃瓜、西瓜、甜瓜、南瓜、絲瓜等。該病毒在歐洲、亞洲、中東和北美都有發(fā)現(xiàn)，對(duì)葫蘆科作物造成嚴(yán)重?fù)p失，感染的瓜類植物表現(xiàn)出葉片出現(xiàn)綠斑駁紋，導(dǎo)致葉片變形、發(fā)黃、枯萎甚至死亡。此外，黃瓜果實(shí)也可能出現(xiàn)癥狀，如變形、變色和變軟等。黃瓜綠斑駁花葉病毒屬是一種單股RNA病毒。該病毒的RNA基因組具有較高的穩(wěn)定性，能夠在環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間存活。CGMMV主要通過(guò)種子、接種、接觸和昆蟲傳播等方式傳播，其在瓜類作物中的流行嚴(yán)重影響了產(chǎn)量和品質(zhì)。

5.柑橘黃脈相關(guān)病毒1和2（Citrus Yellow Vein Associated Virus 1 and 2，CY1和CY2）：一種能夠在宿主內(nèi)定居而無(wú)需MP的植物病毒，這種現(xiàn)象挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的植物病毒傳播理論。海濕小編注意到，在中國(guó)農(nóng)學(xué)會(huì)官網(wǎng)的一篇文章中提到，這種病毒是威脅我國(guó)柑橘產(chǎn)業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的主要病毒，但其在柑橘上的侵染和致病機(jī)制尚不清楚。

6.韌皮部蛋白2（Phloem Protein 2，PP2）：一種在植物韌皮部中豐富的蛋白質(zhì)，在本文中提到了它對(duì)植物病毒的定居至關(guān)重要，尤其是對(duì)于一些不編碼MP的病毒。在植物體內(nèi)，韌皮部作為一種組織，負(fù)責(zé)運(yùn)輸光合產(chǎn)物和其他重要物質(zhì)，如葡萄糖、氨基酸和信號(hào)分子。PP2是韌皮部中最豐富的蛋白之一，通常與胞間連絲的功能有關(guān)。在某些植物病毒的感染過(guò)程中，PP2被發(fā)現(xiàn)與病毒的傳播和定居密切相關(guān)，特別是對(duì)于一些不編碼自己移動(dòng)蛋白（MP）的病毒。PP2可能參與調(diào)節(jié)胞間連絲通道的大小排除限制，并促進(jìn)病毒顆?；騌NA的運(yùn)輸，從而影響病毒在植物內(nèi)的傳播和病害的嚴(yán)重程度。

7.進(jìn)化中間體：指代一個(gè)生物種群在進(jìn)化歷程中的一個(gè)中間階段，不完全具備新特征，但也不再完全保留舊特征，通常與新的環(huán)境適應(yīng)和生存策略相關(guān)聯(lián)。在文中指代了柑橘黃脈相關(guān)病毒1和2可能是植物病毒進(jìn)化的中間體。

思考題 | 舉一反三

Q1. 植物病毒如何在宿主內(nèi)進(jìn)行定居，尤其是對(duì)于不需要編碼移動(dòng)蛋白的病毒，究竟是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

Q2. 為什么某些植物病毒不需要移動(dòng)蛋白就能在宿主內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)性定居，而其他病毒則需要這種“護(hù)照”才能活躍移動(dòng)？

Q3.人們?nèi)绾卫眠@項(xiàng)新研究結(jié)果來(lái)開(kāi)發(fā)更有效的植物病毒防治策略？是否可以針對(duì)植物細(xì)胞內(nèi)的特定蛋白進(jìn)行干擾，阻止病毒在宿主內(nèi)的定居？

Q4.進(jìn)一步的研究如何幫助我們了解植物病毒的起源和進(jìn)化路徑？是否有可能發(fā)現(xiàn)更多不需要移動(dòng)蛋白的病毒，從而進(jìn)一步拓展我們對(duì)植物病毒的認(rèn)知？

END

本文僅代表資訊，不代表平臺(tái)觀點(diǎn)。

歡迎轉(zhuǎn)發(fā)（請(qǐng)注明來(lái)源）。

新聞源 | PLOS Biology

編譯 |王芊佳

審核 | Maggie

排版 | 綠葉

參考資料略