Cell子刊：第一次看到免疫途径被消除后种子传播的重大变化

科学家们已经了解到植物是如何防止病毒传给后代的，这一发现可能会确保作物更健康。这一发现还有助于减少疾病从母亲传染给人类儿童。

植物病毒通常能够通过种子贸易从一个国家传播到另一个国家。因此，父母对后代的疾病传播是全球关注的问题。

加州大学河滨分校微生物学和植物病理学特约教授Shou-Wei Ding说:“病毒可以在种子中隐藏多年，这是农业中最重要的问题之一。”Shou-Wei Ding是《细胞宿主与微生物》杂志上关于这一发现的一篇新论文的通讯作者。

例如，当携带病毒的母株产生100粒种子时，只有0 - 5%的幼苗可能被感染。一个世纪以来，科学家们一直想知道母株是如何阻止病毒传播到所有或大部分幼株的。

研究小组希望通过精确定位阻止病毒从母体传播到后代的免疫途径(也称为垂直传播)来解开这个谜团。团队成功了。他们使用的策略和他们确定的途径在这篇新论文中有详细的描述。

对芥科小型植物拟南芥的数百个品种接种了黄瓜花叶病毒。尽管它的名字是这样的，但这种病毒可以感染1000多种植物，并导致叶子和果实表面出现黄色的环状斑点和图案。然后，研究人员分析了这些植物，以了解哪些基因使它们及其后代对病毒更具抵抗力。

两个基因，这两个基因都只在种子发育的早期阶段起作用，似乎对这一目的最重要。这些基因在所谓的RNA干扰途径中起作用。

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被切割成更小的片段，称为小干扰RNA，或siRNA。这些片段被用来阻止蛋白质的产生，其中一些蛋白质可能来自入侵的病毒。

“许多生物产生sirna来控制和抑制病毒感染，我们认为，这些植物能够防止种子感染的原因是，当种子在母体植物中发育时，抗病毒RNA干扰途径是活跃的。”

为了验证他们的假设，研究人员制造了两个关键RNA干扰途径基因被删除的突变植物。这些基因产生的酶被称为类骰子2和类骰子4。

“没有这两种酶，植物就不能制造sirna来抑制病毒感染。没有sirna，抗病毒免疫途径就无法发挥作用。”

突变植株正常生长并产生种子。然而，当缺乏这两种酶的植株感染黄瓜花叶病毒时，它们会出现非常严重的症状。他们产生的种子更少，更重要的是，传播到种子的速度增加了十倍。高达40%的新幼苗被感染。

“我们对这个结果感到非常兴奋，这是第一次有人看到免疫途径被消除后种子传播的重大变化。”

研究人员着手回答的下一个问题是，尽管在非突变植物中存在强烈的免疫抑制，病毒如何仍然感染一小部分种子?他们了解到，这是因为病毒在母体植物中表达了一种蛋白质来阻断RNA干扰途径。

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

由于这一途径在包括无脊椎动物、真菌和哺乳动物在内的多种生物中广泛保守，因此这一发现可能对动物和人类的疾病预防具有广泛的意义。

研究人员在继续他们的工作时，会考虑到某些人类病毒，比如寨卡病毒。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，因此有可能通过用新药抑制这些蛋白质的功能来防止垂直传播。”