植物如何防止病毒传染给后代

科学家已经了解植物如何防止病毒传给后代，这一发现可能有助于确保农作物更健康。这一发现还有助于减少母亲向人类子女传播疾病。

植物病毒常常通过种子贸易从一个国家传播到另一个国家。因此，亲本与子代之间的疾病传播受到全球关注。

加州大学河滨分校微生物学和植物病理学系特聘教授丁守伟表示：“病毒可以在种子中潜伏数年，这是农业领域最重要的问题之一。”丁守伟是《细胞宿主与微生物》杂志上有关这一发现的论文的通讯作者。

例如，当一株携带病毒的母株结出 100 颗种子时，只有 0% 到 5% 的幼苗可能会被感染。一个世纪以来，科学家一直在思考“母株”如何能够阻止病毒传播给所有或大多数幼苗。

加州大学河滨分校领导的研究小组希望通过确定阻止病毒从父母传播给后代(也称为垂直传播)的免疫途径来解开这个谜团。该团队成功了。他们使用的策略和他们确定的途径在论文中有详细介绍。

数百种拟南芥(芥菜科的一种小型植物)被接种了黄瓜花叶病毒。尽管名为黄瓜花叶病毒，但这种病毒可以感染 1,000多种植物，导致叶片和果实表面变黄、出现环状斑点和花纹。然后，研究人员对这些植物进行了分析，以了解哪些基因使它们及其后代对病毒具有更强的抵抗力。

两种基因似乎对这一目的最为重要，这两种基因都只在种子发育的早期阶段发挥作用。这些基因在所谓的 RNA 干扰途径中发挥作用。

细胞中的遗传信息从 DNA 转化为 RNA，然后转化为蛋白质。有时，双链 RNA 会被切成较小的片段，称为小干扰 RNA 或 siRNA。这些片段用于阻止蛋白质的产生，其中一些蛋白质可能来自入侵的病毒。

“许多生物体都会产生 siRNA 来控制和抑制病毒感染，”丁解释说。“我们认为这些植物能够预防种子感染的原因是，当种子在母株内发育时，抗病毒 RNA 干扰途径处于活跃状态。”

为了验证他们的假设，研究人员培育出突变植物，其中两个关键的 RNA 干扰途径基因被删除。这些基因产生称为 dicer-like 2 和 dicer-like 4 的酶。

丁教授说：“如果没有这两种酶，植物就无法产生 siRNA 来抑制病毒感染。而如果没有 siRNA，抗病毒免疫途径就无法发挥作用。”

突变植物生长和结籽都正常。然而，当缺乏这两种酶的植物感染黄瓜花叶病毒时，它们会出现非常严重的症状。它们结出的种子更少，更重要的是，病毒传播到种子的速度增加了十倍。高达 40% 的新幼苗受到感染。

“我们对这个结果感到非常兴奋，”丁说。“这是人们第一次在免疫途径被消除后看到种子传播发生如此重大的变化。”

研究人员接下来要回答的问题是，尽管非突变植物的免疫抑制作用很强，但病毒为何仍能感染一小部分种子?他们了解到，这是因为病毒表达了一种蛋白质来阻断母株中的 RNA 干扰途径。

展望未来，研究小组正在测试是否可以通过加强他们在种子中发现的免疫途径进一步降低病毒的传播率。

由于该途径在多种生物中广泛保守，包括无脊椎动物、真菌和哺乳动物，这一发现可能对动物和人类的疾病预防具有广泛的意义。

在继续开展研究的过程中，研究人员考虑到了某些人类病毒，如寨卡病毒。怀孕期间感染寨卡病毒会导致严重的出生缺陷，包括小头畸形和其他脑部异常。研究人员希望利用他们所学到的知识来降低寨卡病毒的垂直传播率。

“我们知道寨卡病毒表达了几种阻断 RNA 干扰途径的蛋白质，因此可能可以通过使用新药抑制这些蛋白质的功能来防止垂直传播。”