（2020.11.8 經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)）

日前，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)趙忠教授團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)科研成果在國(guó)際頂級(jí)雜志《科學(xué)》上刊發(fā)。他們通過(guò)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(xì)胞免疫病毒的關(guān)鍵因子——USCHEL（WUS）蛋白，揭示了植物干細(xì)胞的廣譜抗病毒機(jī)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(duì)其非常害怕。植物固定的生長(zhǎng)方式使其經(jīng)常面臨各種不利環(huán)境，且不能像動(dòng)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(lái)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(duì)少數(shù)病毒，且隨著病毒不斷進(jìn)化，抗性會(huì)逐漸減弱。盡管全球研究人員已從多個(gè)角度開展了大量研究，但對(duì)于植物干細(xì)胞存在廣譜抗病毒能力的原因仍不明確。不過(guò)，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(jì)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(lái)放在試管內(nèi)培養(yǎng)，待逐漸長(zhǎng)大后再將其植物莖尖切下來(lái)培養(yǎng)，經(jīng)過(guò)幾輪這樣的培養(yǎng)后，植物病毒神奇地消失了。這個(gè)技術(shù)就是“莖尖脫毒”，后來(lái)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(jī)理過(guò)去一直未被揭示——現(xiàn)在，趙忠教授團(tuán)隊(duì)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(lái)源，歷經(jīng)8年潛心研究，發(fā)現(xiàn)WUS是一個(gè)存在于植物干細(xì)胞中的關(guān)鍵抗病毒蛋白。

神奇的“WUS蛋白”

趙忠教授介紹說(shuō)：“我們課題組經(jīng)過(guò)幾年研究發(fā)現(xiàn)，在植物莖頂端存在一個(gè)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(gè)非常特殊的細(xì)胞類型——干細(xì)胞內(nèi)。一旦病毒侵入植物，這些干細(xì)胞內(nèi)的抗病毒蛋白會(huì)響應(yīng)病毒，其表達(dá)量會(huì)急速提高，同時(shí)會(huì)離開原來(lái)所在細(xì)胞，到達(dá)整個(gè)植株頂端，以保護(hù)干細(xì)胞與其新生的后代細(xì)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(jiǎn)單的生命體，只有蛋白和核酸兩種成分。對(duì)于病毒來(lái)說(shuō)，要想繁殖，必須利用其宿主細(xì)胞內(nèi)所有生命活動(dòng)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(shuō)，一旦病毒侵入宿主健康細(xì)胞后，它就會(huì)劫持宿主細(xì)胞內(nèi)所有生命活動(dòng)體系來(lái)為自己服務(wù)。

干細(xì)胞內(nèi)的WUS是一個(gè)非常保守的蛋白，從低等植物到高等植物中普遍存在。對(duì)于植物干細(xì)胞來(lái)說(shuō)，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(lái)，病毒進(jìn)入植物細(xì)胞后就無(wú)法利用植物體內(nèi)的合成系統(tǒng)來(lái)替自己合成蛋白質(zhì)，也就是不能繁殖和擴(kuò)散——這就起到了非常重要的抑制病毒侵染的作用。同時(shí)，WUS蛋白也可以成為其他細(xì)胞抵抗病毒的“利器”。研究人員在植物的其他細(xì)胞中表達(dá)WUS蛋白，可以保護(hù)植物免受病毒感染?！爱?dāng)我們把WUS蛋白表達(dá)在葉片里時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)整株植物都會(huì)受到保護(hù)。”趙忠教授說(shuō)。

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

同行專家表示：“此項(xiàng)研究解決了一個(gè)長(zhǎng)期存在且備受關(guān)注的問(wèn)題，是植物病理學(xué)與植物發(fā)育領(lǐng)域的一項(xiàng)開創(chuàng)性研究?！?/p>

下一步，該研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將這一研究應(yīng)用到育種之中，基于蛋白質(zhì)人工進(jìn)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(tuán)隊(duì)研究人員表示，WUS作為一個(gè)保守的干細(xì)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(jī)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(wèn)題帶來(lái)新曙光?！拔覀兿Ｍ磥?lái)能夠用這種新的方式，幫助大部分作物抵御病毒入侵?！壁w忠教授說(shuō)。