作者:赵忠 来源:《科学》 发布时间:2020/10/10 14:01:26
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我国科学家发现植物干细胞广谱抗病毒机制

 

中国科学技术大学生命科学学院教授赵忠团队通过发育生物学和植物病毒学两个领域的交叉研究,找到植物干细胞免疫病毒的关键因子——WUSCHEL(WUS)蛋白,揭示了植物干细胞广谱抗病毒机制,为多种作物抗病毒防治提供了新思路。该成果10月9日发表于《科学》。

目前,植物病毒病害已成为农业生产中的第二大病害,植物一旦染上病毒将带来毁灭性后果。比如水稻中由稻飞虱传播的病毒(条纹叶枯病和黑条矮缩病)一旦暴发,轻则减产16%左右,重则绝收。

尽管国内外研究人员已从多个角度对植物抗病毒进行了大量研究,但对于植物干细胞存在广谱抗病毒能力的原因尚不清楚。由于病毒种类繁多,已知的植物病毒就有1000余种,现有的抗病毒手段只能针对少数的病毒,且随着病毒不断进化,抗性也会逐渐减弱。“茎尖脱毒”是少有的可以应用于大多数植物且能清除植物体内病毒的最有效的生物技术,但其深层机理一直未被揭示。

赵忠团队以传统的“茎尖脱毒”技术为灵感来源,历经8年潜心研究,发现WUS是一个存在于植物干细胞中的关键抗病毒蛋白。干细胞内的WUS是一个非常保守的蛋白,且在低等植物和高等植物中普遍存在。这个蛋白受病毒感染诱导,通过直接抑制一类甲基转移酶基因,影响细胞参与蛋白质合成的主要细胞器(核糖体)组装,从而降低蛋白质合成速率。这将直接导致病毒不能利用植物细胞完成自身蛋白质的翻译以及病毒的复制和组装的过程,从而抑制了病毒的传播。

WUS蛋白也可以成为其他细胞抵抗病毒的“利器”。研究人员在植物其他细胞中表达WUS蛋白,发现可以保护植物免受病毒感染。研究人员检查了多种病毒,证实WUS蛋白均可抑制这些病毒对植物细胞的感染,说明WUS蛋白介导的干细胞病毒免疫具有广谱性。

这项工作研究了植物分生组织存在的广谱抗病毒免疫活性,首次发现在病毒抗性和分生组织维持基因之间存在如此精确的分子连接。同行专家评论认为:“此研究解决了一个长期存在且备受关注的问题,是植物病理学和植物发育领域的一个开创性研究。”

赵忠团队计划将这一成果应用到今后的育种中,以得到广谱高抗病的作物新品种。赵忠表示,WUS同源蛋白存在于多种植物中,WUS蛋白介导的广谱抗病毒机制有望推动全球粮食稳产问题的解决。(来源:中国科学报 桂运安 李晓曦)

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.abb7360

 
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