video: Stem cells at the tips of plants have been known to keep viruses away from this region, even as an infection ravages the rest of the plant. Quite how this happens has long been something of a mystery to scientists. Until now. Researchers at the University of Science and Technology of China (USTC) have offered new insights into this incredible ability in a new study published on Oct 8th in Science. They found surprisingly that the WUSCHEL proteins worked to inhibit production of viral proteins. The researchers are interested in seeing "whether this strategy can be applied in breeding to obtain broad-spectrum antiviral crop varieties in the future" says Zhong Zhao, paper author and a professor from the School of Life Science at USTC. view more
Credit: News Center of University of Science and Technology of China
中国科学技术大学生命科学学院赵忠团队通过发育生物学和植物病毒学两个领域的交叉研究，找到了植物干细胞免疫病毒的关键因子—WUSCHEL（WUS）蛋白，揭示了植物干细胞的广谱抗病毒机制。该成果于10月8日发表在《Science》杂志上。
目前，植物病毒病害已经成为农业生产中的第二大病害，植物一旦染上病毒将带来毁灭性的后果，比如在水稻中由稻飞虱传播的病毒（条纹叶枯病和黑条矮缩病）一旦爆发，轻则减产16%左右，重则绝收。
尽管国内外研究人员已经从多个角度进行了大量的研究，包括RNA干扰，细胞自噬和植物激素等途径，但是对于植物干细胞存在广谱抗病毒能力的原因仍然不清楚。由于病毒种类繁多，已知的植物病毒就有1000多种，现有的抗病毒手段只能针对少数的病毒，且随着病毒不断进化，抗性也会逐渐减弱。“茎尖脱毒”是少有的可以应用于大多数植物、清除体内病毒的最有效的生物技术，但其深层机理一直未被揭示。
中国科学技术大学赵忠团队另辟蹊径，以传统的茎尖脱毒技术为灵感来源，历经8年潜心研究，发现WUS是一个存在于植物干细胞中的关键抗病毒蛋白。干细胞内的WUS是一个非常保守的蛋白，从低等植物到高等植物中普遍存在。 这个蛋白受病毒感染诱导，并且通过直接抑制一类甲基转移酶基因，影响了细胞参与蛋白质合成的主要细胞器-核糖体的组装，从而降低了蛋白质合成速率。这将直接导致病毒不能利用植物细胞完成自身蛋白质的翻译，以及病毒的复制和组装的过程，从而抑制了病毒的传播。
同时，WUS蛋白也可以成为其他细胞抵抗病毒的“利器”，研究人员在植物其它细胞中表达WUS蛋白，可以保护植物免受病毒的感染。同时研究人员还检查了多种病毒，并证实WUS蛋白均可以抑制这些病毒对植物细胞的感染，说明WUS蛋白介导的干细胞病毒免疫具有广谱性。
这项工作研究了植物分生组织存在的广谱抗病毒免疫活性，第一次发现在病毒抗性和分生组织维持基因之间存在如此精确的分子连接。同行专家评论：“此研究解决了一个长期存在且备受关注的问题，是植物病理学和植物发育领域的一个开创性研究。”
下一步，研究团队计划怎样将其应用到育种中，基于蛋白质人工进化技术，筛选高抗病蛋白，并利用生物技术转入多种作物中，以得到广谱高抗病的作物新品种。团队研究人员表示， WUS作为一个保守的干细胞调节蛋白，其同源蛋白存在于多种植物中。WUS蛋白介导的广谱抗病毒机制可以为多种作物抗病毒防治提供一个新的研究思路，可能为解决全球粮食稳产带来新曙光。
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