植物病毒：無需「護照」，也能游遍大千世界！
植物病毒是一種微小的病原體，可以感染植物並導致疾病。它們通常只有20-300納米大小，由核酸（RNA或DNA）和蛋白質外殼組成。植物病毒不能在植物體外存活，必須依靠活細胞來複製和傳播。「海洋與濕地」（OceanWetlands）小編注意到，2024年5月10日在《PLOS Biology》期刊上發表了一項最新研究，該研究由西班牙馬德里理工大學的Cristina Sáez領導的研究團隊主導。他們探索了一種有趣的現象：植物病毒似乎可以在不需要特定的「護照」（即運動蛋白）的情況下，在宿主內遊歷。
我們知道，植物病毒一直是導致農作物疾病的主要因素之一。比如，黃瓜綠斑駁花葉病毒在全球黃瓜種植園的迅速傳播，以及番茄黃化曲葉病對番茄種植業的影響。然而，要控制這些疾病卻一直是個難題，而病毒如何在宿主中傳播，則是解決這一難題的關鍵。
圖源：綠會融媒·「海洋與濕地」（OceanWetlands）工作組。
與動物病毒不同，植物病毒必須依賴細胞內的通道進行傳播。通常，這需要一種稱為運動蛋白的「護照」，以幫助病毒穿過細胞間隔。然而，這項新研究卻發現了一種特殊的植物病毒，它們似乎可以在沒有這種「護照」的情況下，自由自在地在宿主中遊歷。
這些被稱為柑橘黃脈相關病毒1和2（CY1 和 CY2）的病毒並不是唯一的例子，但它們的特殊之處在於：它們既不依賴於其他病毒，也不嚴格依賴於種子傳播。儘管人類尚不清楚它們是如何在自然界中傳播的，但已有人提出，它們可能是通過昆蟲傳播的。
這一發現，顛覆了我們以往對植物病毒的認知，即——運動蛋白是病毒成功「定居」的必要條件。而實際上，在某些情況下，宿主的蛋白質可能會代替這一功能，為病毒的傳播提供便利。
例如，在這項研究中，研究人員發現了一種名為韌皮部蛋白2（PP2）的植物蛋白質，它在某些情況下可以替代運動蛋白，幫助病毒在宿主中傳播。這一發現為未來研究提供了新的思路，或許可以通過干預這些植物蛋白質來控制病毒的傳播。
儘管依賴宿主蛋白質、而非自身編碼運動蛋白，這似乎是一種「冒險」，但這項研究令人大開眼界，為我們提供了一種對植物病毒進化的新視角。或許，這些病毒只是進化過程中的一個中間階段，未來的研究或許可以更深入地揭示植物病毒的奧秘。
感興趣的「海洋與濕地」（OceanWetlands）讀者可以參看全文：
Sáez C, Pagán I (2024) Plant viruses traveling without passport. PLoS Biol 22(5): e3002626. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002626
上圖：植物病毒在宿主內的運動示意圖。其中，（A）對於大多數植物病毒而言，它們的移動依賴於病毒移動蛋白（MP），在這個過程中可能還涉及宿主蛋白（如韌皮部蛋白1和2等）。運動過程可能涉及到病毒顆粒，但對於大多數RNA病毒而言，它們的移動主要依賴於裸露的RNA，這些RNA通過病毒或宿主蛋白（核糖核蛋白復合物）的保護來避免被核酸酶降解，就像鄰黃脈相關病毒1（CY1）在相鄰面板中的示意圖所示。（B）由Ying等人展示的依賴宿主MP的移動情況則是針對CY1和CY2的。在這種情況下，病毒和宿主的MP充當了「護照」，促使病毒在細胞間和通過韌皮部進行長距離移動。病毒可以以病毒顆粒或裸露的基因組形式移動，而這些基因組由像韌皮部蛋白2（PP2）這樣的宿主蛋白保護。為了圖示清晰，裸露的CY1病毒RNA被表現為連接到單個PP1/PP2蛋白上，但實際上這些蛋白覆蓋了整個分子以發揮其保護作用。韌皮部還運輸其他分子，如小RNA、小蛋白、糖等，其中一些分子自由移動，而另一些大分子則需要像病毒一樣經過主動運輸。這個示意圖是使用BioRender製作的。來源：https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002626.g001
海洋與濕地·小百科
1.移動蛋白（Movement Protein，MP）：是一種存在於植物病毒中的蛋白質，其主要功能是促進病毒在植物宿主內的活躍移動。MP充當著一種「護照」，使得病毒能夠在細胞內部以及不同組織之間進行遷移，通過調節胞間連絲（plasmodesmata）的大小排除限制，以及促進病毒顆粒或RNA的運輸。因此，MP對於植物病毒的定居和傳播起著關鍵作用。
2.胞間連絲（Plasmodesmata）：是連接植物細胞的微細通道，貫穿細胞壁，將細胞質和細胞間液體相連通。這些微通道允許細胞之間進行物質交換，包括水分、營養物質、信號分子和小分子RNA。胞間連絲在調節植物發育、生長和響應環境脅迫等過程中起著重要作用。在病毒感染過程中，一些植物病毒利用胞間連絲作為通道，在植物細胞之間傳播病毒顆粒或RNA。
3.韌皮部（Phloem）：植物的一種組織，負責運輸光合產物（如葡萄糖和胺基酸）以及其他重要物質。它們將光合作用的產物——葡萄糖，由進行光合作用的器官運輸到植物的其他部位。病毒利用韌皮部進行長距離傳輸，以便在整株植物中傳播。
4.黃瓜綠斑駁花葉病毒（Cucumber green mottle mosaic virus，縮寫為CGMMV）是一種植物致病病毒，主要感染葫蘆科植物，包括黃瓜、西瓜、甜瓜、南瓜、絲瓜等。該病毒在歐洲、亞洲、中東和北美都有發現，對葫蘆科作物造成嚴重損失，感染的瓜類植物表現出葉片出現綠斑駁紋，導致葉片變形、發黃、枯萎甚至死亡。此外，黃瓜果實也可能出現症狀，如變形、變色和變軟等。黃瓜綠斑駁花葉病毒屬是一種單股RNA病毒。該病毒的RNA基因組具有較高的穩定性，能夠在環境中長時間存活。CGMMV主要通過種子、接種、接觸和昆蟲傳播等方式傳播，其在瓜類作物中的流行嚴重影響了產量和品質。
5.柑橘黃脈相關病毒1和2（Citrus Yellow Vein Associated Virus 1 and 2，CY1和CY2）：一種能夠在宿主內定居而無需MP的植物病毒，這種現象挑戰了傳統的植物病毒傳播理論。海濕小編注意到，在中國農學會官網的一篇文章中提到，這種病毒是威脅我國柑橘產業穩定發展的主要病毒，但其在柑橘上的侵染和致病機制尚不清楚。
6.韌皮部蛋白2（Phloem Protein 2，PP2）：一種在植物韌皮部中豐富的蛋白質，在本文中提到了它對植物病毒的定居至關重要，尤其是對於一些不編碼MP的病毒。在植物體內，韌皮部作為一種組織，負責運輸光合產物和其他重要物質，如葡萄糖、胺基酸和信號分子。PP2是韌皮部中最豐富的蛋白之一，通常與胞間連絲的功能有關。在某些植物病毒的感染過程中，PP2被發現與病毒的傳播和定居密切相關，特別是對於一些不編碼自己移動蛋白（MP）的病毒。PP2可能參與調節胞間連絲通道的大小排除限制，並促進病毒顆粒或RNA的運輸，從而影響病毒在植物內的傳播和病害的嚴重程度。
7.進化中間體：指代一個生物種群在進化歷程中的一個中間階段，不完全具備新特徵，但也不再完全保留舊特徵，通常與新的環境適應和生存策略相關聯。在文中指代了柑橘黃脈相關病毒1和2可能是植物病毒進化的中間體。
思考題 | 舉一反三
Q1. 植物病毒如何在宿主內進行定居，尤其是對於不需要編碼移動蛋白的病毒，究竟是如何實現的呢？
Q2. 為什麼某些植物病毒不需要移動蛋白就能在宿主內進行系統性定居，而其他病毒則需要這種「護照」才能活躍移動？
Q3.人們如何利用這項新研究結果來開發更有效的植物病毒防治策略？是否可以針對植物細胞內的特定蛋白進行干擾，阻止病毒在宿主內的定居？
Q4.進一步的研究如何幫助我們了解植物病毒的起源和進化路徑？是否有可能發現更多不需要移動蛋白的病毒，從而進一步拓展我們對植物病毒的認知？
END
本文僅代表資訊，不代表平台觀點。
歡迎轉發（請註明來源）。
新聞源 | PLOS Biology
編譯 |王芊佳
審核 | Maggie
排版 | 綠葉