植物免疫新发现：如何阻止病毒传染给后代
科学家们发现了植物如何防止病毒传递给后代的机制，这一发现可能有助于培育更健康的作物。该研究也可能为减少疾病从母体传递给后代提供新的思路。
植物病毒往往通过种子贸易在全球范围内传播，因此，病毒从父母代向后代的传播已经成为全球性问题。
“病毒可以在种子中潜伏多年，这使它成为农业领域最棘手的问题之一，”加州大学河滨分校微生物与植物病理学系的著名教授丁寿伟（Shou-Wei Ding）说。丁教授是这项研究的通讯作者，研究论文发表在《细胞宿主与微生物》期刊上。
当一株携带病毒的母体植物产生100颗种子时，只有0%至5%的幼苗可能会被感染。一个世纪以来，科学家们一直困惑于母体植物如何阻止病毒传播到所有或大多数幼苗。
由加州大学河滨分校领导的研究团队试图解开这个谜团，目标是找出阻止病毒从母体传播到后代的免疫通路，也称为垂直传播。他们成功地找到了答案，论文详细介绍了他们使用的策略和确定的免疫通路。
图片信息：科学家在拟南芥植物上做实验。
研究人员在数百种拟南芥（一种芥菜科的小型植物）中接种了黄瓜花叶病毒。这种病毒虽然名为“黄瓜”，但它实际上能够感染超过1000种植物，导致叶片和果实表面出现黄色环形斑点和花纹。研究团队分析了这些植物，找出了哪些基因能够增强植物及其后代抵抗病毒的能力。
研究发现，有两个基因在这一过程中最为重要。这两个基因仅在种子发育早期阶段起作用，且隶属于RNA干扰通路。
图片信息：拟南芥种子黄瓜花叶病毒的免疫荧光检测。
细胞中的遗传信息由DNA转化为RNA，再转化为蛋白质。有时，双链RNA会被切割成小片段，称为小干扰RNA（siRNA）。这些片段用于阻止某些蛋白质的生成，而这些蛋白质可能来自入侵的病毒。
“许多生物体都会产生siRNA来控制和抑制病毒感染，”丁教授解释道。“我们认为，植物能够防止种子感染病毒，是因为当种子在母体内发育时，抗病毒的RNA干扰途径是活跃的。”
为了验证这一假设，研究人员制造了缺失两个关键RNA干扰通路基因的突变植物。这些基因负责生成称为dicer-like 2和dicer-like 4的酶。
“没有这两种酶，植物就无法生成siRNA来抑制病毒感染。而没有siRNA，抗病毒的免疫通路就无法正常运作，”丁教授解释道。
突变植物在生长和种子生产方面表现正常。然而，当这些缺少两种酶的植物感染黄瓜花叶病毒时，症状明显加重，种子产量减少。更为重要的是，病毒传递到种子的比例增加了十倍，导致多达40%的新幼苗感染病毒。
“这个结果让我们非常激动，”丁教授说道。“这是首次有人观察到，在删除免疫通路后，种子病毒传递率发生了如此大的变化。”
研究人员接下来的问题是，尽管非突变植物具备强大的免疫抑制能力，病毒为什么还能感染少数种子？研究发现，病毒会表达一种蛋白质，阻止母体植物中的RNA干扰通路。
接下来，研究团队计划测试是否可以通过增强种子中的免疫通路，进一步减少病毒的传递率。
由于这一免疫通路在无脊椎动物、真菌和哺乳动物等多种生物中广泛存在，这一发现可能对其他领域的病毒防控具有重要启示。
杂志：Cell Host & Microbe
DOI：10.1016/j.chom.2024.08.009
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