查看原文
其他

植物病毒:无需“护照”,也能游遍大千世界!

王芊佳(编译) 海洋与湿地
2024-08-22



本文共计 2800 字,阅读约 5 分






植物病毒是一种微小的病原体,可以感染植物并导致疾病。它们通常只有20-300纳米大小,由核酸(RNA或DNA)和蛋白质外壳组成。植物病毒不能在植物体外存活,必须依靠活细胞来复制和传播。“海洋与湿地”(OceanWetlands)小编注意到,2024年5月10日在《PLOS Biology》期刊上发表了一项最新研究,该研究由西班牙马德里理工大学的Cristina Sáez领导的研究团队主导。他们探索了一种有趣的现象:植物病毒似乎可以在不需要特定的“护照”(即运动蛋白)的情况下,在宿主内游历。

我们知道,植物病毒一直是导致农作物疾病的主要因素之一。比如,黄瓜绿斑驳花叶病毒在全球黄瓜种植园的迅速传播,以及番茄黄化曲叶病对番茄种植业的影响。然而,要控制这些疾病却一直是个难题,而病毒如何在宿主中传播,则是解决这一难题的关键。

图源:©绿会融媒·“海洋与湿地”(OceanWetlands)工作组。


与动物病毒不同,植物病毒必须依赖细胞内的通道进行传播。通常,这需要一种称为运动蛋白的“护照”,以帮助病毒穿过细胞间隔。然而,这项新研究却发现了一种特殊的植物病毒,它们似乎可以在没有这种“护照”的情况下,自由自在地在宿主中游历。
这些被称为柑橘黄脉相关病毒1和2(CY1 和 CY2)的病毒并不是唯一的例子,但它们的特殊之处在于:它们既不依赖于其他病毒,也不严格依赖于种子传播。尽管人类尚不清楚它们是如何在自然界中传播的,但已有人提出,它们可能是通过昆虫传播的。

这一发现,颠覆了我们以往对植物病毒的认知,即——运动蛋白是病毒成功“定居”的必要条件。而实际上,在某些情况下,宿主的蛋白质可能会代替这一功能,为病毒的传播提供便利。

例如,在这项研究中,研究人员发现了一种名为韧皮部蛋白2(PP2)的植物蛋白质,它在某些情况下可以替代运动蛋白,帮助病毒在宿主中传播。这一发现为未来研究提供了新的思路,或许可以通过干预这些植物蛋白质来控制病毒的传播。

尽管依赖宿主蛋白质、而非自身编码运动蛋白,这似乎是一种“冒险”,但这项研究令人大开眼界,为我们提供了一种对植物病毒进化的新视角。或许,这些病毒只是进化过程中的一个中间阶段,未来的研究或许可以更深入地揭示植物病毒的奥秘。

感兴趣的“海洋与湿地”(OceanWetlands)读者可以参看全文:
Sáez C, Pagán I (2024) Plant viruses traveling without passport. PLoS Biol 22(5): e3002626. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002626

上图:植物病毒在宿主内的运动示意图。其中,(A)对于大多数植物病毒而言,它们的移动依赖于病毒移动蛋白(MP),在这个过程中可能还涉及宿主蛋白(如韧皮部蛋白1和2等)。运动过程可能涉及到病毒颗粒,但对于大多数RNA病毒而言,它们的移动主要依赖于裸露的RNA,这些RNA通过病毒或宿主蛋白(核糖核蛋白复合物)的保护来避免被核酸酶降解,就像邻黄脉相关病毒1(CY1)在相邻面板中的示意图所示。(B)由Ying等人展示的依赖宿主MP的移动情况则是针对CY1和CY2的。在这种情况下,病毒和宿主的MP充当了“护照”,促使病毒在细胞间和通过韧皮部进行长距离移动。病毒可以以病毒颗粒或裸露的基因组形式移动,而这些基因组由像韧皮部蛋白2(PP2)这样的宿主蛋白保护。为了图示清晰,裸露的CY1病毒RNA被表现为连接到单个PP1/PP2蛋白上,但实际上这些蛋白覆盖了整个分子以发挥其保护作用。韧皮部还运输其他分子,如小RNA、小蛋白、糖等,其中一些分子自由移动,而另一些大分子则需要像病毒一样经过主动运输。这个示意图是使用BioRender制作的。来源:https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002626.g001








海洋与湿地·小百科



1.移动蛋白(Movement Protein,MP):是一种存在于植物病毒中的蛋白质,其主要功能是促进病毒在植物宿主内的活跃移动。MP充当着一种“护照”,使得病毒能够在细胞内部以及不同组织之间进行迁移,通过调节胞间连丝(plasmodesmata)的大小排除限制,以及促进病毒颗粒或RNA的运输。因此,MP对于植物病毒的定居和传播起着关键作用。


2.胞间连丝(Plasmodesmata):是连接植物细胞的微细通道,贯穿细胞壁,将细胞质和细胞间液体相连通。这些微通道允许细胞之间进行物质交换,包括水分、营养物质、信号分子和小分子RNA。胞间连丝在调节植物发育、生长和响应环境胁迫等过程中起着重要作用。在病毒感染过程中,一些植物病毒利用胞间连丝作为通道,在植物细胞之间传播病毒颗粒或RNA

3.韧皮部(Phloem):植物的一种组织,负责运输光合产物(如葡萄糖和氨基酸)以及其他重要物质。它们将光合作用的产物——葡萄糖,由进行光合作用的器官运输到植物的其他部位。病毒利用韧皮部进行长距离传输,以便在整株植物中传播。


4.黄瓜绿斑驳花叶病毒(Cucumber green mottle mosaic virus,缩写为CGMMV)是一种植物致病病毒,主要感染葫芦科植物,包括黄瓜、西瓜、甜瓜、南瓜、丝瓜等。该病毒在欧洲、亚洲、中东和北美都有发现,对葫芦科作物造成严重损失,感染的瓜类植物表现出叶片出现绿斑驳纹,导致叶片变形、发黄、枯萎甚至死亡。此外,黄瓜果实也可能出现症状,如变形、变色和变软等。黄瓜绿斑驳花叶病毒属是一种单股RNA病毒。该病毒的RNA基因组具有较高的稳定性,能够在环境中长时间存活。CGMMV主要通过种子、接种、接触和昆虫传播等方式传播,其在瓜类作物中的流行严重影响了产量和品质。


5.柑橘黄脉相关病毒12Citrus Yellow Vein Associated Virus 1 and 2CY1CY2):一种能够在宿主内定居而无需MP的植物病毒,这种现象挑战了传统的植物病毒传播理论。海湿小编注意到,在中国农学会官网的一篇文章中提到,这种病毒是威胁我国柑橘产业稳定发展的主要病毒,但其在柑橘上的侵染和致病机制尚不清楚。


6.韧皮部蛋白2Phloem Protein 2PP2):一种在植物韧皮部中丰富的蛋白质,在本文中提到了它对植物病毒的定居至关重要,尤其是对于一些不编码MP的病毒。在植物体内,韧皮部作为一种组织,负责运输光合产物和其他重要物质,如葡萄糖、氨基酸和信号分子。PP2是韧皮部中最丰富的蛋白之一,通常与胞间连丝的功能有关。在某些植物病毒的感染过程中,PP2被发现与病毒的传播和定居密切相关,特别是对于一些不编码自己移动蛋白(MP)的病毒。PP2可能参与调节胞间连丝通道的大小排除限制,并促进病毒颗粒或RNA的运输,从而影响病毒在植物内的传播和病害的严重程度。


7.进化中间体:指代一个生物种群在进化历程中的一个中间阶段,不完全具备新特征,但也不再完全保留旧特征,通常与新的环境适应和生存策略相关联。在文中指代了柑橘黄脉相关病毒12可能是植物病毒进化的中间体。


思考题 | 举一反三


Q1. 植物病毒如何在宿主内进行定居,尤其是对于不需要编码移动蛋白的病毒,究竟是如何实现的呢?


Q2. 为什么某些植物病毒不需要移动蛋白就能在宿主内进行系统性定居,而其他病毒则需要这种“护照”才能活跃移动?


Q3.人们如何利用这项新研究结果来开发更有效的植物病毒防治策略?是否可以针对植物细胞内的特定蛋白进行干扰,阻止病毒在宿主内的定居?


Q4.进一步的研究如何帮助我们了解植物病毒的起源和进化路径?是否有可能发现更多不需要移动蛋白的病毒,从而进一步拓展我们对植物病毒的认知?


END


本文仅代表资讯,不代表平台观点。

欢迎转发(请注明来源)。


       新闻源 | PLOS Biology

编译 |王芊佳

审核 | Maggie

排版 | 绿叶




海湿·往期相关报道


【参考资料】

  • [1]Plant viruses traveling without passport

    https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3002626

  • [2]宾羽 , 张琦 , 王春庆 , 赵晓春 , 宋震 , 周常勇. 利用酵母双杂交系统筛选与柑橘黄化脉明病毒CP互作的寄主因子. 中国农业科学. 2023, 56(10): 1881-1892 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2023.10.006





海湿·合集
点击访问往期主题文章
1海湿主题合集

海洋 海洋生物多样性  海洋保护区  BBNJ  海洋科学  生物多样性 深海采矿与生物多样性  蓝碳 公海 岛屿 地中海 珊瑚礁  海鸟 鲸豚  地中海 海藻林 红树林  海草床  海龟  海獭 海象 儒艮 盐沼 潮间带 海洋生态系统恢复 藻类 渔业 水产养殖  海洋经济  联合国海洋科学促进可持续发展十年  海洋生物多样性 湿地  国际重要湿地 湿地采风 湿地恢复 生态连通性  生态恢复  荒野  昆蒙框架  世界遗产 自然保护地  其他有效的区域保护措施(OECMs) 国家生物多样性战略和行动计划(NBSAP) 鸟  候鸟 企鹅 大鸨 北京雨燕  崖沙燕 猛禽  森林  草原  无人机 遥感监测 迁徙物种 野生动物  蝙蝠  野生动植物非法贸易(IWT) 环境法  环境影响评价  绿色犯罪学 环境诉讼 植物科学 动物 真菌  病毒  分类学  遗传学 昆虫  蜜蜂 授粉者  蚂蚁  两栖动物  濒危物种  外来入侵物种  灭绝  全球环境治理  极地科学 冰川 水资源 地下水 土壤 粮食安全 生态农业 生物防治 生态系统 气候变化  甲烷  野火 新能源  风光电与生物多样性  深海采矿 矿业   化学品  塑料污染  减塑捡塑 微塑料 新型污染物  生物多样性信息学  合成生物学 基因科学 eDNA 遗传资源数字序列(DSI) 遗传资源惠益分享(ABS)同一健康  生物多样性信息学  绿色发展  ESG  负责任旅游  海湿公开课 世界湿地日 国际生物多样性日  世界海洋日  世界环境日  世界候鸟日  标准 人物 青年 人才  能力建设  好书荐读  读者来信  生物多样性小课堂  水土保持与荒漠化防治  生态文明  可持续发展     

海洋与湿地微信号:OceanWetlands联系小编/投稿/授权:010-88431370  17319454776  欢迎投稿、转发。联系后台长期授权:  18910282583


专门报道海洋与湿地、全球环境治理等前沿动态, 为学术研讨活动提供公益支持。服务我国广大海洋与湿地科技工作者和环境保护人士。


重建人与自然的平衡 | 支持绿会生态保护公益项目,请点击“阅读原文”

继续滑动看下一个
海洋与湿地
向上滑动看下一个

您可能也对以下帖子感兴趣

文章有问题?点此查看未经处理的缓存