（2020.11.8 經(jīng)濟日報）

日前，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)趙忠教授團隊的一項科研成果在國際頂級雜志《科學(xué)》上刊發(fā)。他們通過發(fā)育生物學(xué)與植物病毒學(xué)交叉研究，找到了植物干細胞免疫病毒的關(guān)鍵因子——USCHEL（WUS）蛋白，揭示了植物干細胞的廣譜抗病毒機制。

神秘的“莖尖脫毒”

病毒是自然界廣泛存在的微生物，植物對其非常害怕。植物固定的生長方式使其經(jīng)常面臨各種不利環(huán)境，且不能像動物一樣逃離。目前，植物病毒病害已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的第二大危害，植物一旦染上病毒將帶來毀滅性后果。比如，在水稻中由稻飛虱傳播的病毒一旦爆發(fā)，輕則減產(chǎn)16%左右，重則絕收。

植物病毒種類繁多，已知的就有1000多種。然而，現(xiàn)有抗病毒手段僅能針對少數(shù)病毒，且隨著病毒不斷進化，抗性會逐漸減弱。盡管全球研究人員已從多個角度開展了大量研究，但對于植物干細胞存在廣譜抗病毒能力的原因仍不明確。不過，有一種傳統(tǒng)清除植物體內(nèi)病毒的方式，叫作“莖尖脫毒”。它是一種可以應(yīng)用于大多數(shù)植物、清除其體內(nèi)病毒的最有效生物技術(shù)。上世紀50年代，人們發(fā)現(xiàn)一株植物感染病毒后，將其莖尖切下來放在試管內(nèi)培養(yǎng)，待逐漸長大后再將其植物莖尖切下來培養(yǎng)，經(jīng)過幾輪這樣的培養(yǎng)后，植物病毒神奇地消失了。這個技術(shù)就是“莖尖脫毒”，后來被廣泛應(yīng)用于各種農(nóng)作物中。

莖尖組織為什么能夠抗病毒？為什么這種技術(shù)能幫助不同植物抵抗病毒？為什么它能抗很多不同類型病毒？這些深層機理過去一直未被揭示——現(xiàn)在，趙忠教授團隊揭開了謎底。他們另辟蹊徑，以傳統(tǒng)“莖尖脫毒”技術(shù)為靈感來源，歷經(jīng)8年潛心研究，發(fā)現(xiàn)WUS是一個存在于植物干細胞中的關(guān)鍵抗病毒蛋白。

神奇的“WUS蛋白”

趙忠教授介紹說：“我們課題組經(jīng)過幾年研究發(fā)現(xiàn)，在植物莖頂端存在一個非常重要的抗病毒蛋白WUS。它在正常情況下存在于莖尖一個非常特殊的細胞類型——干細胞內(nèi)。一旦病毒侵入植物，這些干細胞內(nèi)的抗病毒蛋白會響應(yīng)病毒，其表達量會急速提高，同時會離開原來所在細胞，到達整個植株頂端，以保護干細胞與其新生的后代細胞免于病毒侵襲?！?/p>

為什么WUS蛋白能夠抵御病毒侵襲？病毒是非常簡單的生命體，只有蛋白和核酸兩種成分。對于病毒來說，要想繁殖，必須利用其宿主細胞內(nèi)所有生命活動的系統(tǒng)，包括蛋白質(zhì)合成、各種能量和能源物質(zhì)。也就是說，一旦病毒侵入宿主健康細胞后，它就會劫持宿主細胞內(nèi)所有生命活動體系來為自己服務(wù)。

干細胞內(nèi)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。對于植物干細胞來說，抗病毒蛋白WUS能夠抑制植物體內(nèi)的蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)。這樣一來，病毒進入植物細胞后就無法利用植物體內(nèi)的合成系統(tǒng)來替自己合成蛋白質(zhì)，也就是不能繁殖和擴散——這就起到了非常重要的抑制病毒侵染的作用。同時，WUS蛋白也可以成為其他細胞抵抗病毒的“利器”。研究人員在植物的其他細胞中表達WUS蛋白，可以保護植物免受病毒感染?！爱?dāng)我們把WUS蛋白表達在葉片里時，我們發(fā)現(xiàn)整株植物都會受到保護。”趙忠教授說。

研究人員還檢查了多種病毒，并證實WUS蛋白可以抑制這些病毒對植物細胞的感染，這說明WUS蛋白介導(dǎo)的干細胞病毒免疫具有廣譜性。

同行專家表示：“此項研究解決了一個長期存在且備受關(guān)注的問題，是植物病理學(xué)與植物發(fā)育領(lǐng)域的一項開創(chuàng)性研究。”

下一步，該研究團隊計劃將這一研究應(yīng)用到育種之中，基于蛋白質(zhì)人工進化技術(shù)篩選高抗病蛋白，并利用生物技術(shù)植入多種作物中，以得到廣譜高抗病作物新品種。團隊研究人員表示，WUS作為一個保守的干細胞調(diào)節(jié)蛋白，其同源蛋白存在于多種植物中。WUS蛋白介導(dǎo)的廣譜抗病毒機制可以為多種作物的抗病毒防治提供新的研究思路，可能為解決全球糧食穩(wěn)產(chǎn)問題帶來新曙光?！拔覀兿Ｍ磥砟軌蛴眠@種新的方式，幫助大部分作物抵御病毒入侵。”趙忠教授說。