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植物与病毒的斗争:科学家的攻防战

2015-10-14 20:42 周雪平 中国农业科学院 阅读 0
核心摘要: 本文探讨了植物病毒,特别是双生病毒对农业的影响及其防控技术。周雪平团队的研究揭示了植物与病毒之间的复杂关系,并提出了基因沉默等创新技术,为未来的农业生产提供了新的思路。

病毒是人们避之不及的存在。而对于中国农业科学院植物保护研究所所长、植物病虫害生物学国家重点实验室主任周雪平而言,植物与病毒之间的“军备竞赛”以及科学家与病毒的艰苦斗争,都是一场重要的战役。

在分子层面,植物与病毒的竞争异常激烈。周雪平在9月25日的农科讲坛上表示:“我们把病毒比喻成导弹,病毒要克服植物的防御体系,一旦克服,植物又会编码蛋白来对抗病毒。这与军事上的‘军备竞赛’非常相似,‘道高一尺,魔高一丈’。”

植物病毒的影响不可忽视。虽然大家对人类的病毒如艾滋病、乙肝等较为熟悉,但对植物病毒的了解却相对较少。周雪平指出,植物病毒占所有病毒种类的二分之一,已知的植物病毒约有1100多种,造成了重大的经济损失,是制约作物生产的重要因素。

其中,双生病毒是一类对多种作物造成毁灭性危害的植物DNA病毒,分布广泛、种类繁多、危害严重、传播迅速,已对全球50多个国家和地区的番茄、棉花、木薯、豆类等作物造成巨大影响。周雪平提到,棉花曲叶病毒在巴基斯坦造成了数十亿美元的损失。虽然在上世纪90年代我国尚未受到明显影响,但周雪平意识到,双生病毒在未来将对我国农业生产构成严重威胁。

果然,2005年,双生病毒在我国开始大面积暴发。根据2009年的统计,我国因双生病毒造成的番茄损失高达50亿元,并已在20多个省市区发生,15个省份的情况较为严重。

自1996年起,在“973”计划和国家自然科学基金重点项目的支持下,周雪平团队开始对双生病毒进行系统研究。他们首次发现植物病毒种间基因组重组可以产生新病毒,并系统调查了我国双生病毒的发生分布,鉴定了41种双生病毒,其中31种为新种,占全球发现的双生病毒总数的13.5%。

周雪平团队还明确了双生病毒及卫星DNA在致病中的作用,阐明了其致病机理,发现双生病毒与传毒介体烟粉虱之间存在互惠关系,并阐明了这一关系的分子机制。此外,他们建立了水稻主要病毒病监测预警技术,明确了水稻条纹病毒相关基因的功能,制备了30多种重要作物病毒的单克隆抗体,创制了病毒快速检测技术及检测试剂盒,广泛应用于作物病毒病的早期诊断、监测预警与防控。

在抗病毒技术方面,周雪平从1996年到2005年致力于抗性育种筛选和基因沉默等技术的探索。他指出,双生病毒的两个特点是:一是病毒只能通过烟粉虱传播;二是病毒的遗传本质是DNA。针对这两个特点,周雪平团队开展了多方面的研究。

周雪平是将基因沉默技术应用于病毒研究的先行者之一。他解释道:“植物虽然没有抗体免疫系统,但可以通过基因沉默使病毒的基因组降解。”当病毒侵染植物时,植物利用基因沉默来抵抗病毒,同时病毒蛋白也会抑制基因沉默反应。周雪平团队提出将病毒基因组遗传改造成有益的生物载体的想法,以研究基因功能。

他们发现,病毒感染植物后,植物产生基因沉默使外源基因的功能丧失,通过观察植株的表型区别,可以确定目标基因的功能。周雪平表示,技术研究可以有效指导病毒病防控,团队对这一技术的掌控已接近炉火纯青,并将其转化为农业生产实践中,获得15项发明专利,水平在国内外首屈一指。

在研究病毒致病基因的互作时,周雪平团队与昆虫学家合作,发现昆虫在啃食受病毒感染的植物后会产生更多的卵,并且寿命延长。周雪平指出,植物、病毒、昆虫之间存在复杂的关系,病毒由昆虫传播,昆虫以植物为食,植物被病毒感染,形成恶性循环。

尽管控制媒介的效果不佳,周雪平认为可以通过基因工程在源头上控制烟粉虱。他表示:“如果找到烟粉虱生长发育的关键基因,并将其放入植物中,烟粉虱一旦吃植物就会死亡。”

周雪平总结道:“我国植物病毒研究有几个重要的领域和方向,包括植物防御与病毒反防御,以及植物、昆虫、病毒三者的互作。这些都是未来的研究热点,中国很可能引领国际研究。”

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