王石巖，夏 超

（蘭州大學草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)國家重點實驗室 / 蘭州大學草地農(nóng)業(yè)科技學院, 甘肅 蘭州 730020）

真菌病毒是一類以真菌為寄主的病毒類群，在各種真菌中廣泛存在。1962 年，英國生物學家Hollings 等[1]在進行食用真菌法蘭西病的研究過程中首次發(fā)現(xiàn)真菌病毒，他們在顯微鏡下對食用真菌的子實體進行觀察，分別觀察到直徑為25 、29 nm及19 nm × 50 nm 的病毒粒子，從而開啟了對真菌病毒研究的大門[1]。之后，Lampson 等[2]以及Ellis 和Klenschmidt[3]分別在匐枝青霉(Penicillium stoloniferum)和繩狀青霉(P. funiculosum)中觀察到了真菌病毒的存在。截至目前，已在100 余種真菌和卵菌中發(fā)現(xiàn)真菌病毒100 余種[4]。多數(shù)病毒對真菌的侵染具有?；?，但也有少數(shù)病毒可同時侵染多種真菌或卵菌[4]。

1 真菌病毒的分類、傳播和作用

截至目前已在包括動物、植物及土壤等環(huán)境的真菌中發(fā)現(xiàn)100 余種真菌病毒，被分為14 個科20個屬，其中7 個科10 個屬為dsRNA 病毒，5 個科7 個屬為+ssRNA 病毒，其余2 個科3 個屬為逆轉錄RNA病毒(表1)，此外還有一部分真菌病毒尚未有明確的分類(表2)。已報道的真菌病毒絕大多數(shù)為dsRNA 病毒，且不對寄主產(chǎn)生明顯影響[45-46]。

與其他病毒類群相似，真菌病毒的生命周期也是由：1)識別病毒受體，接觸并入侵細胞；2)病毒基因表達與基因組復制；3)病毒衣殼形成與病毒粒子裝配3 個部分構成的[44]。不同于植物與動物病毒，真菌病毒的傳播方式有兩種，分別為水平傳播和垂直傳播。垂直傳播即病毒以真菌的孢子為載體而進行傳播的方式，作為載體的孢子絕大多數(shù)為無性孢子，而有性孢子病毒滴度較低，一般難以作為有效的病毒傳播載體，不是普遍的病毒傳播方式[47-48]。營養(yǎng)體親和的菌株在生長過程中菌絲會發(fā)生接觸和融合，病毒便通過真菌細胞間的接觸從被侵染的細胞轉移至健康的細胞，這種傳播過程稱為水平傳播[49]。

表 1 已發(fā)現(xiàn)的真菌病毒及其分類Table 1 Classification of mycoviruses

表 2 尚未有明確分類的真菌病毒Table 2 Mycoviruses that remain to be classified

侵染寄主后，一部分病毒對真菌不產(chǎn)生明顯影響[47]，而部分病毒卻會導致真菌的生長速度、形態(tài)、產(chǎn)孢量在內(nèi)的多個指標明顯降低[50]，這一類病毒常具備生防利用的潛力，可用于植物真菌病害的防控。此外，目前研究發(fā)現(xiàn)病毒Curvularia thermal tolerance virus (CThTV)，侵染后可增強其真菌寄主Curvularia protuberate 及寄主所侵染的植物的耐熱能力[35]，說明除生防作用外，真菌病毒還存在其他可供利用的潛能，有待進一步研究發(fā)現(xiàn)。

2 草類植物病原真菌中的真菌病毒

除在喬木和糧食作物病原真菌中發(fā)現(xiàn)了真菌病毒外，在導致草類植物發(fā)病的病原真菌中也有病毒存在的報道(表3)。目前，已在包括Botrytis cinerea、Fusarium poae、F. solani、F. oxysporum、F. graminearum、Gaeumannomyces graminis、Helminthosporium victoriae、Rhizoctonia solani、Sclerophthora macrospora 等 導 致草類植物產(chǎn)生病害的病原中報道了真菌病毒的發(fā)現(xiàn)，并證實了部分病原真菌中攜帶的病毒具有弱致病作用，可降低寄主真菌對植物的致病能力[37,39,51-63]。

1960 年，Lindberg 從 引 致 燕 麥(Avena sativa)葉斑病的病原真菌H. victoriae 中分離出HvV190S 和HvV145S 兩種病毒[64]，進一步研究發(fā)現(xiàn)這兩種病毒可降低H. victoriae 的致病作用，使燕麥葉斑病的發(fā)病情況顯著降低[55]，隨后的離體試驗表明，這兩種病毒可導致H. victoriae 的生長速度下降，產(chǎn)生大量氣生菌絲且菌落形態(tài)由近圓形變?yōu)樯刃蝃58]，表明真菌病毒會導致H. victoriae “生病”，進而導致病原致病能力的下降。近年來的研究表明，被侵染的H.victoriae 中，Hv-p68 和vin 兩個基因的表達量明顯上調，產(chǎn)生Hv-p68 和抗真菌蛋白前體victoriocin，其中Hv-p68 為具醇氧化酶、蛋白激酶和RNA 結合活性的多功能蛋白，其過度表達可將醇類物質不可逆地氧化為對寄主有毒性的醛，而victoriocin 是一種廣譜的抗真菌蛋白，可靶向性地改變質膜對陽離子透性，從而產(chǎn)生抑制寄主生長和減毒的作用[65-67]。

表 3 草類植物病原真菌中的病毒Table 3 Mycoviruses in pathogens of grasses

在導致豆科牧草根腐病和禾草褐斑病的病原R.solani 中也發(fā)現(xiàn)了具備減毒效應的病毒RhSV1，該病毒具獨特的pA 多肽片段，可抑制寄主的莽草酸途徑，進而導致奎寧酸誘導的弱毒效應。莽草酸途徑是芳香氨基酸及其他代謝產(chǎn)物的合成途徑，而奎寧酸途徑是由土壤中植物組織分解的副產(chǎn)物奎寧酸誘導的碳利用途徑，這兩種途徑共用兩種中間產(chǎn)物脫氫莽草酸(DHS)和脫氫奎寧酸(DHQ)，正常條件下莽草酸途徑阻遏物QUTR 與轉錄激活物QUTA結合，阻礙奎寧酸途徑的表達。此外，莽草酸途徑產(chǎn)生的分支酸可顯著提高R. solani 的致病性。但在真菌病毒侵染的寄主中，RhSV1 編碼的pA 片段可與轉錄激活物QUTA 結合，形成pA-QUTA 復合物，阻礙莽草酸途徑而誘導奎寧酸途徑的進行，進而阻礙了寄主真菌芳香性氨基酸的合成。綜上研究者推測RhSV1 可能是通過抑制病原的莽草酸途徑來阻礙寄主代謝，進而導致寄主的弱致病力現(xiàn)象[68-69]。

另外，研究發(fā)現(xiàn)真菌病毒FgV-ch9 對引起禾草赤霉病和苜蓿根腐病的病原F. graminearum 具有弱毒作用，被侵染的真菌寄主生長速度降低，產(chǎn)孢量下降，菌落形態(tài)異常，進而導致致病力下降[70]，但該病毒的具體作用機理還有待進一步研究闡明。

3 禾草內(nèi)生真菌中的真菌病毒

與牧草及草坪草病原中的真菌病毒研究相比，關于內(nèi)生真菌的真菌病毒方面研究較少。1998 年，在對紫羊茅(Festuca rubra)禾草內(nèi)生真菌Epichlo? festucae 的研究中發(fā)現(xiàn)了兩個dsRNA 片段[71]，進一步的研究發(fā)現(xiàn)該病毒為Victorivirus，并命名為Epichlo? festucae virus 1(EfV1)，該病毒具有兩個ORF，分別編碼CP 蛋白和RdRp，在兩個ORF 間由AUGA 4 個堿基的重疊，在ORF2 中具有8 個保守結構域，通過內(nèi)生真菌的無性生殖方式進行傳播，子囊孢子中沒有發(fā)現(xiàn)病毒的存在，但研究并沒有發(fā)現(xiàn)病毒會對寄主的生物學特征造成任何影響[72]。但有研究表明，真菌病毒的侵染使得內(nèi)生于禾草的真菌Tolypocladium cylindrosporum 伏馬菌素的產(chǎn)量降低[73]，此外，Herrero 等[74]對分離自天然草地的103株內(nèi)生真菌進行了真菌病毒的檢測，發(fā)現(xiàn)22.6%的菌株中有病毒侵染，表明真菌病毒在內(nèi)生真菌群體中具有較廣泛的分布。

在熱帶稗草Dichanthelium lanuginosum 內(nèi)生真菌C. protuberata 中，真菌病毒Curvularia thermal tolerance virus (CThTV)為共生體提供了耐熱性[35,75]，該病毒由兩個片段組成，分別長2.2 和1.8 kb，兩個片段中各包含兩個ORF，其中ORF1a 和ORF1b編碼病毒的RdRp，可能通過移碼的方式進行RdRp蛋白的表達，而ORF2a 和ORF2b 的功能目前還尚未闡明[35]。研究表明，在38 ℃下，不含病毒的共生體及非共生體的熱帶稗草均枯萎死亡，僅含有病毒的共生體可在該環(huán)境下存活；進一步的研究發(fā)現(xiàn)，在30 ℃環(huán)境下，不含病毒的C. protuberata 生長緩慢且不育的孢子數(shù)量相對于被侵染的真菌顯著增加[76]，在熱脅迫條件下，CThTV 可誘導寄主提高海藻糖和黑色素的合成量，提高活性氧解毒酶的活性，上調?；撬岱纸獯x途徑的強度，且激活部分熱激蛋白的活性[74]，使得寄主得以在熱脅迫條件下保持足夠的滲透壓調節(jié)能力，并及時清除過量的活性氧，提高抗逆性物質的產(chǎn)量，進而提高了共生體在熱脅迫下的抗逆性。

在菌根真菌中也有發(fā)現(xiàn)真菌病毒的報道。目前在菌根真菌Rhizophagus diaphanum 和R. irregularis中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了5 種病毒，其中RdMV1、RdMV2、RdMV3和RdMV4 為Narnavirus，而RirMV1 為Mitovirus[77]。在球囊霉(Glomus sp.)中也發(fā)現(xiàn)了兩種病毒GRF1V-S和GRF1V-M，其中GRF1V-M 長4.5 kb，具兩個ORF，侵染后會導致菌株孢子產(chǎn)量降低，但對植物具有促進生長的作用，而該影響的具體機制還尚待進一步研究[78]。

4 真菌病毒在草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的作用

真菌病毒作為草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中生命組成成分之一，與生態(tài)系統(tǒng)中的其他組成成分都有著直接或間接的相互關系(圖1)。真菌病毒侵染病原真菌后，抑制病原生長和產(chǎn)孢，降低病原的致病性，產(chǎn)生弱毒菌株[50,58]。而弱毒菌株寄生于牧草和草坪草后，搶占了強毒菌株的生態(tài)位，導致其難以成功在牧草或草坪草上侵染定殖[79]，提高了植物對病原物的抗性，從而提高了牧草產(chǎn)量和質量以及草坪景觀的美觀程度。

真菌病毒對植物病害發(fā)病程度的降低變相降低了牧草中真菌毒素的含量，從而避免了家畜因過度采食高含量真菌毒素的牧草而導致的經(jīng)濟損失，提高了畜牧業(yè)產(chǎn)出。但也有真菌病毒直接調控真菌毒素產(chǎn)量的報道，如前文所述的被病毒侵染的內(nèi)生真菌T. cylindrosporum 會導致伏馬菌素產(chǎn)量下降[73]，此外Aspergillus flavus 菌株NRRL 5565 和NRRL 5940 的黃曲霉素產(chǎn)量也受到真菌病毒的抑制[80-81]，但也有研究得出相反的結論，Nerva 等對Aspergillus ochraceus中赭曲霉素進行測定時發(fā)現(xiàn)，真菌病毒的侵染提高了宿主赭曲霉素的含量[80]。

圖 1 草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中真菌病毒、植物和家畜的相互作用Figure 1 Mycovirus, plant, and livestock interactions in a pasture agroecosystems

部分真菌病毒侵染內(nèi)生真菌后，為內(nèi)生真菌和共生體均提供了耐熱性，形成了病毒-內(nèi)生真菌-禾草共生體，增加了草地壽命，提高了草地的生態(tài)服務價值[35,70,75]。

5 總結與展望

目前，已在包括草類植物病原及內(nèi)生真菌等相關微生物中發(fā)現(xiàn)了真菌病毒的存在，且進一步研究發(fā)現(xiàn)部分草類植物病原中存在具弱毒特性的真菌病毒，禾草內(nèi)生真菌中的部分真菌病毒對共生體的抗性存在影響，此外，部分真菌病毒會對真菌次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量產(chǎn)生影響。但目前有深入研究的草類植物中的真菌病毒僅占很少一部分，需要對更多病毒展開基因組測序、傳播方式、生物學特性等方面的研究，此外真菌病毒與草類植物病原之間的分子互作機理還仍待闡明；而對于影響禾草-內(nèi)生真菌共生體抗性的部分真菌病毒還需進行更進一步的研究，探究其影響機制，簡而言之，是病毒直接提供抗性，還是病毒和真菌的協(xié)同作用導致抗性的產(chǎn)生。

在草類植物中關于真菌病毒的相關研究還處于起步階段，盡管目前已在病毒的檢測、鑒定、病理學等方面開展了一些工作，但仍不夠全面，尚有大量草類植物相關微生物未進行真菌病毒相關的研究。根據(jù)前人在相關領域的研究結果及研究趨勢，筆者認為，對于草類植物的真菌病毒研究方面，1)應進一步在牧草、草坪草病原及內(nèi)生真菌等草類植物相關微生物中廣泛開展真菌病毒的探索，從而發(fā)現(xiàn)更多真菌病毒種類，并探索其多樣性、生物學、生態(tài)學、病理學等方面的特性和作用；2) 對于具弱毒作用的真菌病毒，應進一步深入研究其與寄主間的互作機理，并進行弱毒菌株篩選，進行生物防治相關制劑的開發(fā)與利用；3)對于可為草類植物提供增益的真菌病毒，應進一步探究其影響機理，并探索其在草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的利用價值。