Cell大子刊?我院包志龍&馬方放教授聯(lián)合團(tuán)隊(duì)揭示病毒與植物互作新機(jī)制

病毒，這些微小的生物體，雖然我們看不見(jiàn)摸不著，但它們對(duì)人類(lèi)和動(dòng)植物健康的影響卻不容小覷。特別是對(duì)于植物來(lái)說(shuō)，遲滯的植物生長(zhǎng)發(fā)育是病毒病的典型特征，病毒病不僅導(dǎo)致植物生長(zhǎng)受阻，還可能?chē)?yán)重影響作物產(chǎn)量。然而，病毒是如何在植物體內(nèi)“興風(fēng)作浪”的？這一機(jī)制一直是個(gè)未解之謎。

北京時(shí)間2025年3月5日，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞宿主與微生物》（Cell Host & Microbe）在線發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院包志龍和馬方放教授領(lǐng)銜的園藝作物抗病及品質(zhì)遺傳改良育種團(tuán)隊(duì)的最新科研成果，為我們揭開(kāi)了這一謎團(tuán)。科研人員以番茄為模式植物，揭示了病毒如何挾持并重新編排植物細(xì)胞周期調(diào)控蛋白功能，促進(jìn)病毒繁殖，限制植物生長(zhǎng)發(fā)育的分子機(jī)理。他們還創(chuàng)制了改變細(xì)胞周期調(diào)控蛋白功能的遺傳材料，明確了其對(duì)病毒病的抗性，為抗病育種開(kāi)辟了新思路。

病毒與植物的“較量”

我國(guó)是番茄生產(chǎn)消費(fèi)第一大國(guó)，根據(jù)世界糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022年我國(guó)番茄產(chǎn)量在6900萬(wàn)噸以上，占世界總產(chǎn)量的38%以上。番茄生產(chǎn)過(guò)程中病蟲(chóng)害非常嚴(yán)重，常見(jiàn)的番茄病害有44種，仍有新的病原物或致病變種在不斷涌現(xiàn)。當(dāng)前危害我國(guó)番茄生產(chǎn)的病害主要是病毒病，其中黃化曲葉病毒病、褪綠病毒病、褐色皺紋果病毒病最為嚴(yán)重。因此，培育抗病品種是抵御病毒病危害的最有效途徑。

病毒編碼蛋白少，必須依賴(lài)宿主蛋白構(gòu)建完整的生存繁殖體系。傳統(tǒng)培育抗病品種需要有廣泛的種質(zhì)資源、良好的接種發(fā)病條件、長(zhǎng)期的篩選鑒定，容易受到物資、人力投入與環(huán)境等多種因素的影響。明確宿主蛋白參與病毒復(fù)制的機(jī)制，有利于靶向篩選和創(chuàng)制抗病育種材料，縮短培育抗病品種的周期。

論文通訊作者之一包志龍教授介紹，病毒病肆虐蔬菜生產(chǎn)，明確病毒的繁殖機(jī)制是關(guān)鍵。就番茄而言，黃化曲葉病毒和褪綠病毒分別屬于DNA和RNA病毒范疇，在宿主體內(nèi)復(fù)制繁殖的機(jī)制有較大差異，是否挾持共性的宿主蛋白是值得研究的重要科學(xué)問(wèn)題。

發(fā)掘共性宿主蛋白，解密病毒“秘密武器”

科研團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，番茄黃化曲葉病毒和褪綠病毒均挾持細(xì)胞周期調(diào)控關(guān)鍵蛋白復(fù)合體E3泛素連接酶APC/C的激發(fā)子CDC20，病毒通過(guò)兩種方式改變APC/C的活性，促進(jìn)細(xì)胞周期調(diào)控因子RBR1的降解，進(jìn)而影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育。一是直接利用APC/C蛋白復(fù)合體降解RBR1，二是抑制APC/C間接促進(jìn)Cyclin D介導(dǎo)的RBR1降解，釋放E2F轉(zhuǎn)錄因子激發(fā)下游基因轉(zhuǎn)錄，助力病毒復(fù)制。同時(shí)，病毒對(duì)植物細(xì)胞周期調(diào)控因子功能的重新編排，抑制了植物正常的生長(zhǎng)發(fā)育。

通過(guò)改變細(xì)胞周期調(diào)控蛋白功能，Cell Host & Microbe雜志審稿人認(rèn)為，該論文不僅為理解病毒與植物互作的新機(jī)制提供了重要線索，對(duì)病毒如何編排宿主細(xì)胞核內(nèi)生物學(xué)過(guò)程提供了更深層次的見(jiàn)解，也為病毒病抗性育種提供了新思路，會(huì)促進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

論文通訊作者之一馬方放教授表示，研究團(tuán)隊(duì)將在此基礎(chǔ)上繼續(xù)探索病毒與植物互作的其他機(jī)制，為抗病育種提供更多靶點(diǎn)，培育出具有更強(qiáng)抗病能力的作物品種，從而提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量，保障國(guó)家糧食和蔬菜安全。

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)為第一及唯一通訊單位，園藝科學(xué)與工程學(xué)院包志龍教授和馬方放教授為共同通訊作者。文章的4位并列第一作者張旭（原為博士，現(xiàn)為園藝學(xué)院蔬菜系副教授）、王歌（碩博連讀生）、張鵬（碩博連讀生）和陳春燕（碩博連讀生）均為該團(tuán)隊(duì)培養(yǎng)的博士或碩博連讀生。

康奈爾大學(xué)Hua Jian教授在論文的整體架構(gòu)方面提供了寶貴的意見(jiàn)，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)植保學(xué)院竺曉平教授在黃化曲葉病毒和褪綠病毒相關(guān)研究方面提供了建議。該研究得到了泰山學(xué)者青年專(zhuān)家項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助。

通訊作者簡(jiǎn)介

包志龍，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院教授。康奈爾大學(xué)博士，博伊斯?湯普森研究所（BTI）博士后，佛羅里達(dá)大學(xué)研究助理教授。研究方向?yàn)閳@藝作物病害生物學(xué)，在Cell Host & Microbe，Nature Communications，PNAS，Molecular Plant等國(guó)際著名期刊上發(fā)表論文40余篇。

馬方放，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院教授。康奈爾大學(xué)博士，唐納德?丹佛斯植物科學(xué)中心（DDPSC）和佛羅里達(dá)大學(xué)博士后。研究方向?yàn)閳@藝作物發(fā)育品質(zhì)生物學(xué)，在Cell Host & Microbe、PNAS、Plant Cell等國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文30余篇。