自然科普:病毒也能感染植物嗎?
發布時間:2021-01-29
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  人和動物都會(hui) 因為(wei) 被病毒感染而生病,那麽(me) 地球上的植物會(hui) 不會(hui) 被病毒感染呢?是的,所有的生物體(ti) ,甚至包括病毒本身都會(hui) 受到病毒的侵染,植物也包括其中。當然,植物不長腿,沒有辦法像動物那樣從(cong) 一個(ge) 地方跑到另外一處,植物病毒想要擴展地盤,從(cong) 一株感染的植物成功傳(chuan) 染到另外一株植物,那它們(men) 就要想辦法了。而事實上,植物病毒還很不少,目前已知的有1400多種,而大多的植物病毒都是依賴著長著6條腿和翅膀的昆蟲來傳(chuan) 播的,那我們(men) 今天就來了解一下植物病毒的生存之道。

  黃瓜花葉病毒的陰謀詭計

  黃瓜花葉病毒的外表像個(ge) 足球,是由十二個(ge) 正五邊形和二十個(ge) 正六邊形組成。

黃瓜花葉病毒病毒粒子結構示意圖(圖片來自網絡)黃瓜花葉病毒病毒粒子結構示意圖(圖片來自網絡)

  那黃瓜花葉病毒怎樣才能讓自己在植物之間順利傳(chuan) 播呢?

  它們(men) 的陰謀詭計就像白雪公主吃的毒皇後的紅蘋果一樣,做足了偽(wei) 裝來吸引打車的出租車—蚜蟲。隻要被黃瓜花葉病毒感染,植物就會(hui) 被其控製,體(ti) 內(nei) 的代謝就紊亂(luan) 了,合成並且釋放出特別濃厚的氣體(ti) ,而恰恰這氣體(ti) 就是紅蘋果一樣的“誘餌”,蚜蟲特別喜歡這種氣味,自然就會(hui) 被這香甜可口的味道吸引。香味在哪裏,它們(men) 就以為(wei) 哪裏有好吃的,“聞香識食物”,它們(men) 就判斷附件就有豐(feng) 盛的午餐,於(yu) 是就飛向植物的方向。蚜蟲飛到散發特殊氣味的植物,口水直流,可是吃上幾口才發現這香噴噴的氣味就是個(ge) 謊言,是騙人的,就像毒蘋果一樣,植物就是棵爛菜,沒有營養(yang) 。然而這時候大呼上當已經來不及,就在蚜蟲開口品嚐植物的時候,病毒已經迅速的從(cong) 植物中跟著植物的汁液被它們(men) 吃進了肚子裏。這些大失所望的蚜蟲們(men) ,就是超級傳(chuan) 播者,在尋找取食可口的食物過程中,又把病毒傳(chuan) 給了千千萬(wan) 萬(wan) 棵植物,病毒就這樣無聲無息的傳(chuan) 播開來。

  跟雙子星座同名的雙生病毒

  物理學上雙子星是指兩(liang) 顆質量極其接近的星體(ti) ,由於(yu) 它們(men) 的萬(wan) 有引力十分接近,所以彼此吸引對方,互相繞著對方旋轉不分離。雙子星是雙子座的兩(liang) 顆主星--北河二和北河三的合稱。

雙生病毒病毒粒子結構示意圖(圖片來自網絡)雙生病毒病毒粒子結構示意圖(圖片來自網絡)

  雙生病毒在植物病毒界是大名鼎鼎,不光他們(men) 的家庭成員多,目前已知就達到460種,占所有植物病毒的近30%,而且它們(men) 的危害大,人類缺乏有效的防治方法,目前主要通過噴曬殺蟲劑來殺滅傳(chuan) 毒的害蟲煙粉虱來控製,就在多次打農(nong) 藥的操作條件下,連年造成了小麥、木薯、番茄、棉花等等作物上數百億(yi) 元的直接經濟損失,大大影響了“舌尖上”的安全。

雙生病毒引起危害中國大部分省市的番茄病毒病雙生病毒引起危害中國大部分省市的番茄病毒病

  他們(men) 可不像黃瓜花葉病毒一樣,畢竟欺騙隻能一時,不能長遠。同媒介昆蟲互惠互利,和平共處,共同發展才是王道。雙生病毒和媒介昆蟲煙粉虱就能形成一種互惠共生,共同繁榮。

  煙粉虱很小,長度隻有不到1毫米,一顆米粒是它們(men) 體(ti) 長的2-4倍。

  雙生病毒感染植物以後,植物也會(hui) 被其控製,體(ti) 內(nei) 的代謝改變了。同黃瓜花葉病毒不同,被雙生病毒感染的植物合成釋放的氣味少了,而恰恰這氣體(ti) 就直接是煙粉虱的毒藥,煙粉虱可不喜歡這些氣味,一旦哪棵植物的“毒氣”少了,他們(men) 自然就會(hui) 被這香甜可口的味道吸引。更有意思的是被雙生病毒感染的植物體(ti) 內(nei) 的“毒物”反而也更加少了,煙粉虱在感病的植物上活的更滋潤,產(chan) 的後代更多,繁衍的更快,從(cong) 而煙粉虱在攜帶這樣的病毒中嚐到了甜頭。而病毒也在幫助煙粉虱成就自我的同時,將自己傳(chuan) 播到更多的植物上。

病毒-昆蟲-植物三者互惠共生示意圖病毒-昆蟲-植物三者互惠共生示意圖

  “闖紅燈”的雙生病毒

  作為(wei) 人類賴以生存的最重要生化反應,植物光合作用主要吸收紅光和藍紫光並存儲(chu) 為(wei) 化學能,最終為(wei) 人類和其他動物提供必需的食物和能量。光作為(wei) 主要的環境因子,不僅(jin) 是植物生長發育的每個(ge) 環節必不可少的,而且同抗擊疾病的發生也是密不可分的。在少光黑暗的條件下,連不需要進行光合作用的人都會(hui) 抑鬱,植物更是特別容易被病毒感染。然而光具體(ti) 是如何影響植物病毒傳(chuan) 播的,植物病毒又是如何適應植物抗性機製從(cong) 而促進自身的傳(chuan) 播等問題,尚亟待得到科學解答。

  我國科學家最近發表在病毒學頂級科學期刊上的一篇文章揭示了這種“闖紅燈”的雙生病毒的生存之道,紅光是植物合成煙粉虱不喜歡的“毒氣”所必需的,但是雙生病毒卻利用了 “紅光”來作為(wei) 關(guan) 鍵信號,促進蟲媒病毒的快速傳(chuan) 播,揭示了光調節雙生病毒-煙粉虱-植物三者互惠共生的新機製。

  科學家發現雙生病毒感病植物和吸引媒介昆蟲煙粉虱的作用隻有在光照條件下才會(hui) 發生,而在黑暗條件下不會(hui) 發生。已有研究表明雙生病毒基因βC1是吸引煙粉虱的關(guan) 鍵決(jue) 定DNA,進一步利用單色光LED燈箱進行昆蟲雙選擇實驗,發現這種吸引作用隻有在紅光和含有紅光的白光條件下發生,而在黑暗、遠紅光和藍光條件下沒有顯著差異。煙粉虱等大多數昆蟲的視覺係統缺乏紅光受體(ti) ,是“紅色色盲”,所以這種光依賴的煙粉虱選擇行為(wei) 改變主要是病毒感染植物後影響了昆蟲嗅覺識別植物。

煙粉虱在光照和黑暗條件下的選擇行為:在光照條件下,介體昆蟲煙粉虱更喜歡取食帶有病毒的植物(左圖);在黑暗條件下,介體昆蟲煙粉虱在健康植物和帶毒植物上的取食沒有明顯差異(右圖)煙粉虱在光照和黑暗條件下的選擇行為:在光照條件下,介體昆蟲煙粉虱更喜歡取食帶有病毒的植物(左圖);在黑暗條件下,介體昆蟲煙粉虱在健康植物和帶毒植物上的取食沒有明顯差異(右圖)

  當植物受到昆蟲取食後,會(hui) 產(chan) 生一係列的“毒氣”化學揮發物來調控昆蟲的行為(wei) 來趨避這些食草昆蟲,其中萜烯類化合物 (Terpenes) 是植物揮發物中最豐(feng) 富的一類化合物,研究報道部分倍半萜和單萜會(hui) 趨避昆蟲。植物感受光的傳(chuan) 感器連接的下遊元件因子—光受體(ti) 互作蛋白 (PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR 3, PIF3) 可以與(yu) 雙生βC1蛋白互作,而且這種互作在光照和黑暗條件下均可以發生。PIFs蛋白可以直接結合萜烯合酶 (Terpene synthase,TPS) 基因的啟動子促進其轉錄,因此在PIF過表達的植物中,介體(ti) 昆蟲煙粉虱的產(chan) 卵量減少、偽(wei) 蛹發育緩慢,說明PIFs蛋白具有直接的抗蟲作用。科學家們(men) 的新發現為(wei) 實現利用單色LED燈綠色防控雙生病毒病害提供理論依據。LED燈在日常生活中用的很多,相信將來會(hui) 為(wei) 減少植物病毒導致的植物疾病預防和控製中發揮更重要的作用。

紅光調控雙生病毒-煙粉虱-植物三者互惠共生的模式圖紅光調控雙生病毒-煙粉虱-植物三者互惠共生的模式圖


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