我国在植物干细胞免疫病毒的分子机制的研究中取得了突破。在国家自然科学基金项目等的资助下，中国科学技术大学赵忠教授等研究人员对于植物干细胞是如何抵御病毒侵染的分子机制进行了揭示。

2020年10月9日，《科学》（Science）杂志发布了一篇题为“WUSCHEL激发植物干细胞的天然抗病毒免疫（WUSCHEL triggers innate antiviral immunity in plant stem cells）”的文章，阐释了赵忠教授等研究人员的研究成果。

本次研究是赵忠教授、田朝霞副研究员和武汉海军副研究员团队联合广州大学董志诚教授团队共同努力的结果，该研究首次在植物的广谱抗病毒能力和分生组织维持之间建立了精确的分子联系，回答了为什么大部分植物病毒不能侵染顶端分生组织这一困扰学界很久的生物学问题。

茎尖脱毒技术的作用机制

植物病毒病害是危害农业的第二大病害，会严重影响作物的产量和品质，更有甚者，会导致绝收。

茎尖脱毒技术是迄今唯一能有效清除植物体内多种病毒的生物技术，具有广谱抗病毒的特点，适用范围非常之广，能够清除多种病毒，并且早已被广泛应用于农业生产中以获得脱毒苗，使农作物免于病毒入侵。该技术自上世纪50年代起就已在蔬菜、马铃薯、果树、草莓、花卉等作物中大面积推广。植物茎顶端分生组织的抗病毒性是这一技术应用的生物学基础，根据此前研究所知，植物茎顶端分生组织病毒含量少，甚至没有病毒，但这一技术应用的作用机制却一直是生物界的未解之谜。

抵御病毒侵害的关键

为研究上述问题，研究团队首先在拟南芥体内追踪定位了黄瓜花叶病毒（Cucumber Mosaic Virus, CMV）的分布模式。研究发现，在茎顶端分生组织中CMV病毒恰好分布在干细胞重要调节子WUSCHEL（WUS）基因表达的下沿。根据进一步研究发现，干细胞中WUS蛋白受病毒诱导积累，且异位移动到周边区，保护干细胞及其分化的子细胞不受病毒的侵染。也即是说，干细胞中的WUS蛋白正是保护干细胞及其子细胞不受病毒侵害的关键。

上文所说的植物干细胞，根据资料可以了解到，植物干细胞作为植物胚胎后发育所有组织和器官分化的源泉，为子细胞的形成提供了新器官，因此，干细胞受到植物体的严密保护，能够避免植物体遭受外界生物或非生物的胁迫和入侵。

吴海军教授等人表明，WUS，作为一种帮助维持阿拉伯细胞的造血干细胞生产的转录因子，也保护干细胞领域免受病毒的侵害。WUS通过抑制调节核糖体RNA处理和核糖体稳定性的甲基转移酶，来抑制病毒蛋白合成。

WUS如何限制病毒传播

在后续的研究中，研究人员为了确定WUS含量对病毒的抑制效果，通过增减内源WUS的含量，来检测植物的反应。研究证实，如果在拟南芥叶片中异位表达WUS蛋白，可以保护整株植物不受CMV病毒的侵染。反之，在植物干细胞中可诱导的降解WUS蛋白，则导致CMV病毒侵染整个茎顶端分生组织。通过正反改变内源WUS的含量，研究人员证实了干细胞重要调控基因WUS在免疫病毒中的关键作用。

研究人员发现，WUS蛋白可以直接抑制一类核糖体RNA甲基转移酶基因（S-adenosyl-L-methionine-dependent methyltransferases），影响rRNA的加工和核糖体的稳态，进而抑制病毒蛋白质的合成。为了研究WUS介导的干细胞抗病毒免疫是否具有广谱性，即其抗病毒免疫是否具有广泛性和普遍性，是否不是单只针对CMV病毒，该研究还检查了其他三种植物病毒，最终得到了一致的结论。

该研究向大家揭示了植物茎顶端分生组织存在广谱抗病毒免疫的分子机制，即植物茎顶端分生组织抗病毒免疫的普遍性特征，同时，对于其为什么能够抵御病毒也做了详细的研究分析。研究表明，在侵染过程中，病毒必须利用植物细胞内的蛋白质合成系统，合成自身的蛋白，以完成自身的复制、组装和侵染过程。而干细胞关键调节基因WUS则通过直接抑制细胞内蛋白质合成的速率，限制了病毒的复制、再生和传播。

该研究的突破点在于，对植物干细胞免疫病毒的分子机制问题进行了详细的研究分析，解决了病毒为什么不能侵染植物茎顶端分生组织的问题，也为日后作物抗病毒防治提供了新的技术策略与研究思路，让它们能免于病毒的侵害，更加利于农业生产。