我国学者在植物干细胞免疫病毒的分子机制研究中取得突破

内容来源：中国科技论文在线

图. WUS介导干细胞免疫病毒的分子机制

在国家自然科学基金项目（批准号：31400251、31870264、31871289）等资助下，中国科学技术大学赵忠教授、田朝霞副研究员和武海军副研究员团队联合广州大学董志诚教授团队，揭示了植物干细胞是如何抵御病毒侵染的分子机制。首次在植物的广谱抗病毒能力和分生组织维持之间建立了精确的分子联系，回答了为什么大部分植物病毒不能侵染顶端分生组织这一长期未决的生物学问题。相关成果以“WUSCHEL激发植物干细胞的天然抗病毒免疫（WUSCHEL triggers innate antiviral immunity in plant stem cells）”为题，于2020年10月9日发表于《科学》（Science）杂志上，文章链接：https://science.sciencemag.org/content/370/6513/227。

植物干细胞是植物胚后发育所有组织和器官分化的源泉。因此，干细胞受到了植物体的严密保护，以避免其遭受外界生物或非生物的胁迫。植物病毒病害是危害农业的第二大病害，严重影响了作物的产量和品质，甚至绝收。

茎尖脱毒技术是迄今唯一有效的、能够清除植物体内多种病毒的生物技术。该技术自上世纪50年代起，广泛应用于农业生产以获得脱毒苗，并在马铃薯、蔬菜、果树、草莓、花卉等作物中大面积推广。该技术适用作物范围广，能够清除多种病毒，具有广谱抗病毒的特点。这一技术应用的生物学基础是植物茎顶端分生组织病毒含量少，甚至没有病毒，其机制长期以来一直是未解之谜。

为了研究上述问题，该团队首先在拟南芥体内追踪定位了黄瓜花叶病毒（Cucumber Mosaic Virus, CMV）的分布模式。发现在茎顶端分生组织中CMV病毒恰好分布在干细胞重要调节子WUSCHEL（WUS）基因表达的下沿。进一步的研究表明，干细胞中WUS蛋白受病毒诱导积累，且异位移动到周边区，保护干细胞及其分化的子细胞不受病毒的侵染。

该研究证实，如果在拟南芥叶片中异位表达WUS蛋白，可以保护整株植物不受CMV病毒的侵染。反之，在植物干细胞中可诱导的降解WUS蛋白，则导致CMV病毒侵染整个茎顶端分生组织。通过正反改变内源WUS的含量，研究人员证实了干细胞重要调控基因WUS在免疫病毒中的关键作用。

为了解析WUS介导干细胞免疫病毒的分子机制，作者发现WUS蛋白可以直接抑制一类核糖体RNA甲基转移酶基因（S-adenosyl-L-methionine-dependent methyltransferases），影响rRNA的加工和核糖体的稳态，进而可以抑制病毒蛋白质的合成。为了研究WUS介导的干细胞抗病毒免疫是否具有广谱性，该研究还检查了其他三种植物病毒，得到了一致的结论。

该研究揭示了植物茎顶端分生组织存在广谱抗病毒免疫的分子机制。在侵染过程中，病毒必须利用植物细胞内的蛋白质合成系统合成自身的蛋白，以完成自身的复制、组装和侵染过程。而干细胞关键调节基因WUS则通过直接抑制细胞内蛋白质合成的速率，限制了病毒的复制和传播（如图）。

该研究不仅回答了为什么植物病毒不能侵染植物分生组织这一长而未决的生物学问题，同时也为作物抗病毒防治提供了新的思路。