Nature Communications | 苏黎世大学研究揭示植物宿主遗传因素影响病毒群落的组成！

植物可以一次被多种病毒感染（Cell Host & Microbe | 研究揭示JA信号增强水稻的RNA沉默和抗病毒能力！上海植物逆境中心Rosa Lozano-Duran课题组揭示植物病毒干扰RNA沉默的新机制！New Phytologist | 烟草AGO1同源物的靶向失活揭示其在发育和抗病毒防御中的独特作用！）。但是，即使个体属于相同物种和相同种群，病原菌群落的组成也各不相同。现在，生态学家已经表明，这些差异主要是由于宿主之间的遗传变异所致（Nature Genetics | 多组学研究揭示番茄的果实性状和病原菌抗性的遗传基础）。因此，遗传多样性的丧失可能使物种更容易受到感染和灭绝。病毒在动植物界中无处不在-但大多数仍然是科学未知的。研究人员直到最近才开发出改进的分析技术和统计工具来解决以下关键问题之一：为什么有些植物个体更容易感染病毒，而另一些却没有受到伤害？

近日苏黎世大学的Anna-Liisa Laine教授课题组在权威期刊Nature Communications发表了题为Intraspecific host variation plays a key role in virus community assembly的研究论文。

 病原菌的结合很重要

众所周知，遗传差异可使植物或动物对特定病毒更具抵抗力。但是，越来越清楚的是，大多数生物不仅包含一种病原菌，而且还包含由不同微生物组成的复杂群落。应对感染的这种多样性是了解和预测宿主的疾病动态和感染成本所必需的。例如，第一个到达的病原菌可以赋予对第二个病原菌的抗性。但是到目前为止，对于影响病毒群落组成的因素知之甚少。本研究的结果表明遗传差异对植物个体的病毒群落的多样性具有重大影响。这表明物种内遗传多样性的耗竭会对病毒感染的风险产生重大影响。

图1车前草植物中的病毒感染

不同环境中的相同植物

本研究使用了常见的杂草车前草。该植物的个体可以通过根的繁殖而克隆-产生遗传上相同的后代。通过这种方法，研究人员从四种不同基因型的车前草中各产生了80个克隆，并将它们置于波罗的海奥兰群岛四个位置的天然车前草种群中。因此，将克隆的植物在自然条件下暴露于病毒攻击。通过将相同的植物放在不同的环境中并使其他所有条件保持不变可以严格测试遗传学的作用。分别在两周和七个星期后，研究人员收集了叶子，并确定了五种常见的植物病毒中有哪些感染了这些实验植物。他们发现大约三分之二的植物感染了至少一种病毒，而近四分之一的植物则携带多种病毒。他们总共发现了17种不同的组合，每种植物的病毒范围从2到5种不等。

图2基于模型的原始数据和预测的合并感染，按宿主基因型和种群排序

遗传因素最重要

复杂的统计建模使研究人员能够辨别各种因素有多强？遗传学，位置，植物大小，食草动物造成的损害以及病毒之间的相互作用-影响了病毒群落的组成。结果表明，宿主遗传差异解释了大多数观察到的变异。尽管此前研究人员怀疑基因型会发挥作用，但令人惊讶的是基因型竟然是最重要的决定因素。另一个重要因素是当地环境，而其他因素（例如植物大小和食草动物）仅表现出较小的影响。这首次证明遗传差异，最有可能是免疫基因，对这些多样的病原菌群落如何在宿主体内聚集至关重要。下一步的工作之一就是识别潜在的基因。

图3病毒种类之间的共现

图4模型解释的方差划分

遗传多样性使物种更强壮

结果突出了物种内遗传多样性的重要性。多样性的丧失使物种更容易受到病毒感染，对生物多样性产生深远的影响。由于人类对自然栖息地的破坏，自然种群的遗传多样性已经日益枯竭。这些发现也可用于农业，以提高农作物对病原菌的抵抗力：应将遗传多样性纳入农作物系统作为控制农业疾病的可持续手段。不仅是单个害虫，而且整个病原菌群落。

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