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植物:我为何能“吃掉”病毒

来源:科学网  

 自噬抑制植物RNA 病毒侵染的模型

夏季将至,随着气温的不断升高,蔬菜病害也逐渐进入高发期。在病毒面前,植物是否和人类一样拥有能抵御病毒的免疫系统?当遇到外来入侵者的时候,植物有没有能保护自己的“护卫队”?

近日,一项十分有趣的科研成果印证了植物确实具有这一特性。南京农业大学白菜系统生物学实验室和加拿大农业与农业食品部联合发现,植物可以通过细胞自噬“吃掉”病毒。该成果日前发表在国际期刊《自然—通讯》(Nature Communications)上。

“魔高一尺,道高一丈”

植物和病毒一起进化的过程中,病毒为了生存,像人类社会的“间谍”一样,不断练就各种伪装和潜伏手段,在植物体中偷偷地发展和壮大自己,等到时机成熟就会出来“兴风作浪”。

“当植物遭受病毒感染时,病毒一旦进入植物细胞,就会利用植物这个寄主体内的蛋白来装备自己的复制工厂,进行疯狂繁殖,从而扩散病毒,破坏植物。而且,为了防止植物各种防卫系统对工厂的破坏,病毒利用植物的膜系统把工厂包裹起来进行伪装和保护。”南京农业大学白菜系统生物学实验室负责人侯喜林教授在接受《中国科学报》记者采访时介绍。

不过,“魔高一尺,道高一丈”,植物也在这个过程中进化出各种“反谍”措施。

这就像是植物和病毒之间打了一仗。植物会自动启动免疫系统和自我防御系统,利用RNA干扰降解病毒的基因组,也就是破坏“间谍”的指挥中心,让病毒无法繁殖。

此外,还有更厉害的一招就是与敌人“同归于尽”。植物在感受到自身生物膜系统异常后,会激活自噬途径,同时自噬核心蛋白Beclin1会特异识别病毒复制酶,然后自噬体在Beclin1引导下会把病毒整个复制工厂“吃掉”,从而抑制病毒的侵染和增殖。

据介绍,细胞自噬是一种降解胞质成分包括蛋白和细胞器材料的进化保守机制,细胞内多余的或是误折叠的蛋白质、受伤的细胞器等物质通过双层膜结构运输至液泡,在液泡内蛋白酶、酯酶、核酸酶以及其他水解酶的作用下被降解。自噬在植物体内具有多种生理和病理作用,如对饥饿的适应、细胞内蛋白质和细胞器的清除、种子中贮藏蛋白的积累、抵制微生物、细胞死亡和胁迫响应等。在这样的防御机制下,植物的整个“司令部”可以安然无恙。

选育植物抗病品种

蔬菜最易感染病毒,通常一感染就是一大片,炎热季节的蔬菜生产尤为困难。相比于其他蔬菜而言,白菜、甘蓝、萝卜等十字花科蔬菜的病毒感染更加严重,这也是一直让菜农十分头疼的问题。

研究的最终目的是要指导生产。Beclin1蛋白对病毒复制酶的识别是通过植物正义单链RNA病毒复制酶高度保守区的GDD结构域实现的,因此该机制可产生对植物正义单链RNA病毒的广谱抗性,对于发展植物抗病新策略,选育植物抗病品种具有重要意义。

“我们掌握这个机制后,可以选育出自噬细胞反应更快的品种,从植物本身的抗病性方面提出新的策略,研究免疫性,让防御系统滴水不漏,一个‘坏蛋’也进不来。”侯喜林说。

经过十余年时间,其间也经历了无数困难,研究取得阶段性的进展。对于未来,侯喜林希望可以把最核心的技术继续往下探究,能够成功选育出抗病或者免疫的蔬菜品种,让蔬菜生产真正实现绿色安全。

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