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最新研究成果:找到了植物干细胞免疫病毒的关键因子
时间: 2020-10-10 13:12

和人类一样,植物感染病毒也会生病。植物病毒引发的病害是威胁农业生产的第二大病害,作物染上病毒将带来毁灭性后果,轻则减产、重则绝收。那么,植物如何抵抗病毒?有没有一种方法,能够抵御威胁作物的大部分病毒,进而保障粮食稳产?我国科学家交出了漂亮的答卷。今天凌晨出版的《科学》杂志报道了中国科技大学赵忠团队的最新研究成果:找到了植物干细胞免疫病毒的关键因子—WUSCHEL(WUS)蛋白,并揭示了植物干细胞的广谱抗病毒机制。

 

同行专家如此评论: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。

植物干细胞广谱抗病毒机制示意图。美术设计:马子颂,梁琰

植物干细胞广谱抗病毒机制示意图。美术设计:马子颂,梁琰

据赵忠教授介绍,与人体对许多病毒有免疫抵抗能力一样,植物也能凭借自身的免疫能力抵抗病毒。尽管国内外研究人员已从RNA干扰、细胞自噬、植物激素等多个角度进行了大量研究,但对于植物干细胞具有广谱抗病毒能力的原因依然不清楚,影响着人类研发植物抗病毒技术的发展。目前已知的植物病毒有1000多种,但人类现有的抗病毒手段只能针对少数的病毒;而且,随着病毒不断进化,抗性也会逐渐减弱。

赵忠教授(右一)在指导学生。

赵忠教授(右一)在指导学生。

在已有的抗病毒生物技术中,“茎尖脱毒”是少有的可以应用于大多数植物、清除体内病毒的最有效的,但其深层机理一直未被揭示。赵忠团队以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,从低等植物到高等植物中普遍存在。这个蛋白受病毒感染诱导,并且通过直接抑制一类甲基转移酶基因,影响了细胞参与蛋白质合成的主要细胞器“核糖体”的组装,从而降低了蛋白质合成速率。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和病毒的复制、组装过程,从而抑制了病毒的传播。

干细胞抗病毒蛋白广谱抗病毒示意图。美术设计:武海军等

干细胞抗病毒蛋白广谱抗病毒示意图。美术设计:武海军等

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

植物细胞中的WUS通过破坏细胞蛋白质合成来阻止病毒复制,保持了细胞的健康状态。美术设计:陈磊 梁琰

  植物细胞中的WUS通过破坏细胞蛋白质合成来阻止病毒复制,保持了细胞的健康状态。美术设计:陈磊 梁琰

该工作研究了植物分生组织存在的广谱抗病毒免疫活性,第一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。

赵忠介绍说,下一步他们计划将该成果应用到育种中,基于蛋白质人工进化技术,筛选高抗病蛋白,并利用生物技术转入多种作物中,以得到广谱高抗病的作物新品种。他表示, WUS作为一个保守的干细胞调节蛋白,其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可以为多种作物抗病毒防治提供一个新的研究思路,为解决全球粮食稳产带来新曙光。”(赵永新 范琼 吕骞)


  
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