看不見的較量

鄒　蒨

水稻矮縮病毒不失為一個“聰明”的侵略者，它感染水稻并使水稻致病的過程復雜而有趣，引起了不少科學家的注意。北京大學生物技術系的研究人員運用分子生物學的手段，不僅破譯了水稻矮縮病毒的基因密碼，更幫我們見識了這場——

水稻是目前發展中國家最重要的糧食作物，全世界幾乎有半數人口以稻米作為主要食物。在我國，水稻是產量最大的糧食作物，保證水稻品質，提高水稻產量一直以來都是我國農業生產的重要任務。

水稻矮縮病是一種在我國南方水稻種植區非常常見的水稻病害，它的發病情況會受當地氣候條件的影響，同時也與水稻品種有關，如果種植品種比較單一，而氣候又有利于病毒的傳播，病害往往會嚴重發生。

顧名思義，水稻矮縮病毒會引起水稻嚴重的矮化。如果是在生長初期就受到感染，水稻植株矮化，不能正常地開花結果，自然也就沒有什么產量可言（圖1）。感染水稻矮縮病毒的水稻葉片會出現花葉癥狀，直接阻礙了光合作用，降低了后期種子的飽滿度。所以，即使是在出穗后感染病毒，水稻的產量和品質也會受到毀滅性的打擊。

（1） 患了矮縮病的水稻

引起水稻矮縮病的是一種叫作水稻矮縮病毒的植物病毒，和一般直徑在20納米～30納米之間的其他植物病毒相比，水稻矮縮病毒可以說是一個“大塊頭”，它的直徑在70納米左右，而且病毒的外面包裹有3層外殼蛋白，這在植物病毒中是不多見的。除此之外，水稻矮縮病毒最大的特點在于它的遺傳物質是由雙鏈RNA組成，這一點對它的傳播和生存是至關重要的。

水稻矮縮病毒實際上是由叫作葉蟬的昆蟲傳播的。一般病毒有宿主的特異性，就是說，它要么是植物病毒，要么是動物病毒。但水稻矮縮病毒既可以侵染植物，同時可以在昆蟲細胞里面復制。所以這個病毒比較難以控制。

專家猜測，水稻矮縮病毒復雜的結構和特殊的遺傳物質是使它能跨越昆蟲界和植物界傳播的主要原因，也是揭示它致病機理的重要環節。

和侵染水稻的其他病毒一樣，水稻矮縮病毒的傳播有賴于葉蟬這個重要的中間媒介（圖2）。病毒寄生在葉蟬體內，并在那里進行復制，卻不會使葉蟬出現病癥。當葉蟬咬食水稻葉片的時候，病毒會隨著葉蟬分泌的汁液進入水稻植株內。有了葉蟬這個“幫兇”，水稻矮縮病毒輕而易舉地完成了進攻的第一步。

（2） 水稻矮縮病圖解

我們不妨把病毒和植物體內免疫系統的相互作用看作是兩軍的對壘，陣前較量自然是互不相讓。雖然病毒能夠進入植物體內并開始復制，但長期的生物進化使得植物擁有了抑制病毒在體內擴散的能力，比如有的植物在感染了病毒后會在植株的某個部位長出一個瘤，將病毒抑制在這個瘤的范圍內自生自滅，不讓它們危害整個植株。而水稻對付矮縮病毒的手段比這個高明得多。

水稻對矮縮病毒的反擊也發生在分子水平上，上個世紀末有學者提出，它動用了一種叫作“基因沉默”的特殊免疫機制進行抵抗，使病毒的基因無法表達，所以即使病毒在植物體內大量復制，最終做的也是“無用功”，根本不能影響植物的生長。按理說水稻應該是穩操勝券了，可是水稻矮縮病毒不會束手就擒，它會進化出“基因沉默”機制抑制因子，使你不能夠對我病毒產生作用。我就可以復制，繁殖，破壞你宿主的細胞等等。

這場較量到此為止似乎已經告一段落，水稻終于不敵矮縮病毒的大肆侵略而敗下陣來，相繼出現病害的癥狀。但這就是最終的結果嗎？答案當然不會這么簡單。就在“戰況吃緊”的時候，這場較量中出現了第三方的力量，讓形勢有了轉機。北京大學生物技術系的研究人員很有可能成為這場較量最終的主宰者，他們歷經幾年的時間，終于在水稻矮縮病毒的分子生物學研究方面有所建樹。

他們不僅完成了水稻矮縮病毒的全基因組克隆和序列分析，而且還鑒定出了水稻矮縮病毒與抵抗宿主抗性有關的基因，通過對這些基因的分析，他們發現，水稻矮縮病毒是通過利用自己的基因進行重新編碼，合成一種叫作“基因沉默”抑制因子的新的基因片斷。這種抑制因子不僅能抵抗住植物免疫系統對病毒產生的抗性，更能幫助病毒突破宿主的天然屏障，到達植株的各個部位并在那里“安營扎寨”，不斷地復制出新的病毒。

為了能早日找到克制水稻矮縮病毒的“殺手锏”，科研工作者可謂煞費苦心（圖3），所以當他們發現可以通過改善感染植株的癥狀，從而保證水稻產量的時候，興奮的心情可想而知。

（3） 科研工作者辛勞在田間地頭

在研究病毒蛋白功能的過程中，科學家們發現，這個蛋白能與赤霉素合成過程中一個關鍵酶發生相互作用，而赤霉素正是影響植物生長的重要激素，如果赤霉素缺乏，植物就會出現矮縮的癥狀，研究人員推測，這種作用可能就是使感染植株激素水平改變，出現矮化現象的“元兇”。

于是研究人員對矮縮病毒感染后的水稻的激素含量水平做測定，發現它確實比正常水稻的含量低。進一步實驗結果發現外源施加赤酶素能使受矮縮病毒感染的水稻恢復到正常水稻的高度。

研究人員還進一步設想可以通過基因工程手段，使病毒的基因在侵染的水稻里面不能表達，從而活性喪失。這樣水稻赤霉素合成途徑就不受影響，它也就不會發生矮化。

雖然到目前為止，研究人員所做的還是一些基礎的工作，但這些正是將來有效遏制水稻矮縮病害的關鍵，相信有了人類科技的支持，水稻會在與矮縮病毒的較量中贏得最后的勝利。