植物医生防治“作物之癌”
●奖项:自然科学奖二等奖
●成果:双生病毒种类鉴定、分子变异及致病机理研究
●完成人:周雪平 谢旗 陶小荣 崔晓峰 张钟徽
作物病毒病素有“作物癌症”之称,全世界目前已知的植物病毒约1040种。其中,双生病毒作为最大的一类植物DNA病毒,已在全球50多个国家和地区的番茄、棉花、木薯、豆类等多种作物上造成毁灭性危害。
长江学者、植物病虫害生物学国家重点实验室主任周雪平教授介绍说,准确掌握田间双生病毒的种类分布、发生动态、流行规律、变异进化进而明确致病机理,是制定安全、高效的双生病毒防控策略的关键。
“我们首先从全国二十七个省、市、自治区采集病毒的样本进行测定,发现我们国家已有二十二个省存在着双生病毒的侵染,其中十五个省危害十分严重。”周雪平说。在此基础上,项目组对病毒的全基因组进行了测定,发现中国存在四十一种双生病毒,占到了国际总数的百分之十三,其中三十五种是双生病毒的新种。“同时我们还明确了我国双生病毒的侵染循环特征,也就是说这些病毒最早出现在哪里,又通过什么方式传播、流行、危害。”周雪平说。
研究发现,双生病毒不能通过种子传播,其侵染循环主要在作物与作物之间,以及杂草与作物之间由烟粉虱传播,因此提出了以“切断病毒初侵染源、控制苗期侵染”为核心的双生病毒病综合防控技术,推广前景良好。
项目组发现,双生病毒的复制缺乏忠实性和保真性,病毒基因组可快速变异并形成异质种群,使病毒适应外界新的环境和致病潜能大大增强。此外,病毒还重组。我国病毒存在着非常多的复合侵染。比如,一株番茄上我们发现最多的时候存在四种病毒。正因为病毒复合侵染以后,造成病毒的基因组之间互相产生重组,重组以后,又产生新病毒。这就是为什么我们国家双生病毒种类多的原因。
明晰了双生病毒种类鉴定、分子变异后,项目组展开了双生病毒及其伴随的卫星DNA的致病机理研究。“双生病毒很多病毒伴随着有一种小分子的DNA,这种小分子的DNA是病毒基因组的一半,那么这个小分子DNA在病毒致病中发挥着重要的作用。为什么它跟致病相关呢?主要是它编码了基因,这个基因是一个致病基因,另外这个小分子DNA还能够抑制植物对病毒的防御反应。”周雪平介绍,项目组对卫星DNA进行了改造,缺失了βC1并引入了多克隆位点,将双生病毒的卫星DNA改造成可用于快速鉴定植物基因功能的基因沉默载体。该沉默载体在植物上不产生任何的病毒症状,沉默表型容易确认,沉默效率高,持续时间长,可以高效稳定地诱导基因沉默。周雪平表示,该技术平台的建立对发掘具自主知识产权的植物基因资源,进而改良作物具有重要意义。(记者 陆兴华)