植物彈狀病毒研究進(jìn)展

張守杰，耿軍，紀(jì)國(guó)才，王黎，宋春燕，李松堅(jiān)*

（1.青島市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，山東 青島 266071；2.濱城區(qū)水產(chǎn)局，山東 濱州 256600；3.青島市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心，山東青島 266041；4.嶗山區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 青島 266100）

彈狀病毒（Rhabdviridae）是一類負(fù)義單鏈RNA病毒，因病毒粒子形態(tài)似子彈或棒狀而得名[1]。該類病毒寄生宿主很廣，可感染植物、昆蟲、水生生物以及變溫和溫血脊椎動(dòng)物[2，3]。根據(jù)侵染寄主的不同，可以將彈狀病毒分為植物彈狀病毒和動(dòng)物彈狀病毒兩大類。其中，植物彈狀病毒可以侵染小麥、馬鈴薯、大麥、萵苣和蘭花等多種植物，為害宿主健康，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成經(jīng)濟(jì)損失[4，5]。

1 植物彈狀病毒的分類

在國(guó)際病毒分類委員會(huì)（ICTV）2017年發(fā)布的報(bào)告中，彈狀病毒共包括131個(gè)種，分屬于18個(gè)屬。其中，植物彈狀病毒有4個(gè)屬，分別是細(xì)胞質(zhì)彈狀病毒屬 （Cytorhabdovirus）、雙分體彈狀病毒屬 （Dichorhavirus）、細(xì)胞核彈狀病毒屬（Nucleorhabdovirus）和巨脈病毒屬（Varicosavirus）[6]；其他14個(gè)屬為動(dòng)物彈狀病毒。在植物彈狀病毒中，雙分體彈狀病毒屬和巨脈病毒屬為最新添加的2個(gè)屬[7，8]，其歸類依據(jù)是它們分別與細(xì)胞核彈狀病毒屬和細(xì)胞質(zhì)彈狀病毒屬的基因組序列有顯著的相似性。雙分體彈狀病毒屬中共有2個(gè)種，分別是咖啡環(huán)斑病毒（Coffee ringspot virus，CoRSV）和蘭花斑點(diǎn)病毒（Orchid fleck virus，OFV）。巨脈病毒屬中只有萵苣巨脈病毒（Lettuce big veinassociated virus，LBVaV）1個(gè)種。此外，根據(jù)病毒在宿主細(xì)胞中復(fù)制場(chǎng)所的不同，可以將植物彈狀病毒分為細(xì)胞質(zhì)彈狀病毒屬和細(xì)胞核彈狀病毒屬。其中，細(xì)胞質(zhì)彈狀病毒在細(xì)胞質(zhì)中復(fù)制，細(xì)胞核彈狀病毒在細(xì)胞核中復(fù)制。以馬鈴薯黃矮病毒（Potato yellow dwarf virus，PYDV）為代表種的細(xì)胞核彈狀病毒共含有10個(gè)種。以萵苣壞死黃化病毒（Lettuce necrotic yellows virus，LNYV）、北方禾谷花葉病毒（Northern cereal mosaic virus，NCMV）和大麥黃條點(diǎn)花葉病毒（Barley yellow striate mosaic virus，BYSMV）等為代表種的細(xì)胞質(zhì)彈狀病毒共含有11個(gè)種。

2 植物彈狀病毒的基因組結(jié)構(gòu)及蛋白功能

2.1 基因組結(jié)構(gòu)

植物彈狀病毒為負(fù)義單鏈RNA病毒[9]，其基因組大小為10.8～16.1 kb，占病毒粒子重量的1%～2%。病毒粒子長(zhǎng)度100～460 nm，直徑45～100 nm。子彈狀或者棒狀的病毒粒體，由螺旋狀的核衣殼組成。核衣殼由核糖核蛋白（RNP）復(fù)合物組成，直徑在30～70 nm，占病毒粒子重量的65%～75%。核糖核蛋白復(fù)合物包含基因組RNA、核蛋白（Nucleoprotein，N）、聚合酶相關(guān)磷蛋白（Phosphoprotein，P）和RNA依賴性RNA聚合酶（RNA polymerase，L），它們緊密結(jié)合在一起，共同發(fā)揮作用。核糖核蛋白復(fù)合物外側(cè)包被有一層脂質(zhì)包膜和基質(zhì)蛋白（Matrix protein，M），其中在脂質(zhì)包膜上結(jié)合有病毒包膜糖蛋白（Glycoprotein，G）的三聚體，這些三聚體長(zhǎng)度5～10 nm，直徑約3 nm，組成了包被在病毒粒體最外側(cè)的一層突起（圖1）。病毒內(nèi)部還含有5'端加帽酶、鳥苷酸及甲基轉(zhuǎn)移酶、蛋白激酶（病毒或寄主編碼）、三磷酸核苷酶和二磷酸核苷激酶等多種酶類。

圖1 植物彈狀病毒結(jié)構(gòu)[5]Fig.1 The structure of plant rhabdviridae

現(xiàn)有研究表明，植物彈狀病毒的病毒體通常含有單分子的線性負(fù)義單鏈RNA，即使有些彈狀病毒是雙分體，也都是每條RNA獨(dú)立包衣的。線性負(fù)義單鏈RNA具有3′末端的游離羥基和未聚腺苷酸化的5′三磷酸，末端具有編碼轉(zhuǎn)錄和復(fù)制起始信號(hào)的倒序互補(bǔ)序列。全長(zhǎng)正向RNA是復(fù)制過(guò)程中的中間體，約占病毒RNA群體的5%，是構(gòu)成病毒RNA群體的重要組成部分。與全長(zhǎng)負(fù)義RNA基因組一樣，反向基因組RNA也會(huì)與N緊密結(jié)合在一起，而不是以裸露的RNA形式出現(xiàn)。

2.2 蛋白功能

植物彈狀病毒基因組一般含有5個(gè)能夠編碼結(jié)構(gòu)蛋白的基因，分別是N、P、M、G和L蛋白編碼基因[10]，這些基因通常依照 3′-N-P-M-G-L-5′的順序排列（圖2）[11]。N、P和L蛋白主要參與病毒的轉(zhuǎn)錄與復(fù)制。其中，N蛋白分子量為47～62 kDa，是病毒核衣殼的主要組成成分，可以通過(guò)影響轉(zhuǎn)錄信號(hào)的識(shí)別過(guò)程調(diào)節(jié)基因組的轉(zhuǎn)錄和復(fù)制，還可以誘導(dǎo)細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答反應(yīng)[11，12]。L聚合酶分子量為220～240kDa，是病毒核衣殼的組分之一，主要負(fù)責(zé)催化mRNA 5′端加帽等過(guò)程[13]。P蛋白是病毒聚合酶的輔助因子，分子量為20～30 kDa，主要功能是介導(dǎo)L蛋白在N-RNA模板上正確定位并連接。在N蛋白合成期間，P蛋白可以作為分子伴侶，通過(guò)形成N-P復(fù)合物與RNA結(jié)合而阻止N蛋白的自我聚集[14，15]。研究表明，植物彈狀病毒的P蛋白在逃避宿主的先天抗病毒反應(yīng)中具有基礎(chǔ)性作用，可以引起細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。M基質(zhì)蛋白分子量為20～30 kDa，屬于功能性蛋白，可以調(diào)節(jié)基因組RNA的轉(zhuǎn)錄，是病毒粒體的內(nèi)部組分。M蛋白還可以促進(jìn)植物彈狀病毒的芽生過(guò)程[16～18]，參與核質(zhì)間的運(yùn)輸和基因的表達(dá)。糖蛋白G是病毒的主要抗原蛋白，以三聚體的形式覆蓋在病毒表面，主要負(fù)責(zé)與宿主細(xì)胞受體的結(jié)合，可以誘導(dǎo)和結(jié)合病毒中和抗體并引發(fā)細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)[19，20]。目前，普遍認(rèn)為N、G蛋白與昆蟲介體的傳毒有關(guān)。多數(shù)植物彈狀病毒還會(huì)編碼多個(gè)輔助蛋白，其功能在很大程度上是未知的。一般認(rèn)為，輔助蛋白具有參與病毒在細(xì)胞間的移動(dòng)、調(diào)節(jié)干擾素應(yīng)答、逃避免疫等作用。

3 植物彈狀病毒的生物學(xué)特性

彈狀病毒是極少數(shù)既可以侵染植物，又可以侵染動(dòng)物的病毒之一。多數(shù)植物彈狀病毒以持久增殖的方式進(jìn)行傳播，通常不會(huì)在植物中垂直傳播，但是在昆蟲中可以經(jīng)卵傳播。植物彈狀病毒主要的傳毒介體有蚜蟲、葉蟬和飛虱等[21]，部分病毒還可以通過(guò)植物的汁液或宿主的體液進(jìn)行機(jī)械傳播。通過(guò)稻飛虱和葉蟬傳播的植物彈狀病毒，不能通過(guò)機(jī)械傳播的方式侵染植物，但可以通過(guò)維管穿刺接種。Louie[22]研究顯示，以蚜蟲為介體的植物彈狀病毒通過(guò)摩擦接種傳播的成功率不高。植物彈狀病毒的傳毒效率為5%～100%，差異較大[23～25]。病毒的獲毒時(shí)間也存在顯著差異，短的幾分鐘，長(zhǎng)的可以達(dá)到數(shù)天。與在其介體中可以復(fù)制的其他病毒一樣，彈狀病毒的潛伏期也存在一定差異，短者為3d，長(zhǎng)者達(dá)60 d以上[26，27]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，玉米花葉病毒（Maize mosaic virus，MMV）能夠侵染其介體玉米花翅飛虱（P.maidis）的包括神經(jīng)組織在內(nèi)的大多數(shù)組織[28，29]。最近對(duì)植物彈狀病毒昆蟲介體的免疫熒光顯微鏡研究結(jié)果表明，MMV對(duì)P.maidis神經(jīng)系統(tǒng)的侵染較對(duì)其他組織的侵染更廣泛且迅速，MMV可以從介體生物的中腸向前憩室和食管移動(dòng)，并通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)從這些器官移動(dòng)到唾液腺，從而避開P.maidis的傳播障礙[30]。這種嗜神經(jīng)途徑與已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的雙翅目宿主中的一些侵染脊椎動(dòng)物的動(dòng)物彈狀病毒[31]有些類似。Romoser等[32]研究了其他2種蟲媒病毒在其介體中的傳播途徑，認(rèn)為內(nèi)臟肌肉和氣管可以促進(jìn)蟲媒病毒通過(guò)蚊子的腸中層進(jìn)行移動(dòng)。盡管在植物彈狀病毒領(lǐng)域已取得較多的研究成果，但目前植物彈狀病毒的傳播途徑和作用機(jī)理仍未十分清楚，需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，多種植物彈狀病毒在我國(guó)被相繼發(fā)現(xiàn)并報(bào)道[33，34]，且部分植物彈狀病毒的田間為害有蔓延趨勢(shì)[35]，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了巨大經(jīng)濟(jì)損失。目前研究較多的植物彈狀病毒（如北方禾谷花葉病毒）以及近幾年在我國(guó)新發(fā)生的幾種植物彈狀病毒（如大麥黃條點(diǎn)花葉病毒）都有一個(gè)共同的寄主——小麥。而中國(guó)北方生態(tài)密集型小麥栽培范圍較廣，這使得植物彈狀病毒具備了在某些地區(qū)暴發(fā)并造成嚴(yán)重破壞的可能。同時(shí)，植物彈狀病毒為一種RNA病毒，其基因組非常容易發(fā)生突變，這提高了病毒的適應(yīng)能力，增加了防治的難度[36]，亟需加強(qiáng)防治措施研究。對(duì)于植物病毒來(lái)講，阻斷其傳播途徑是防止病毒侵染寄主的主要途徑之一。目前，普遍認(rèn)為彈狀病毒的G蛋白和N蛋白與病毒在介體內(nèi)的傳播有關(guān)。因此，進(jìn)一步研究植物彈狀病毒蛋白與介體昆蟲蛋白之間的互作關(guān)系，明確病毒蛋白在病毒傳播中的作用，對(duì)于阻斷病毒傳播，進(jìn)而防控植物彈狀病毒甚至動(dòng)物彈狀病毒引起的病毒病具有重要意義。