病毒也能感染植物吗？

作者系中国科学院微生物研究所研究员

人和动物都会因为被病毒感染而生病，那么地球上的植物会不会被病毒感染哪？是的，所有的生物体，甚至包括病毒本身都会受到病毒的侵染，植物也包括其中。当然，植物不长腿，没有办法像动物那样从一个地方跑到另外一处，植物病毒想要扩展地盘，从一株感染的植物成功传染到另外一株植物，那它们就要想办法了。而事实上，植物病毒还很不少，目前已知的有1400多种，而大多的植物病毒都是依赖着长着6条腿和翅膀的昆虫来传播的，那我们今天就来了解一下植物病毒的生存之道。

黄瓜花叶病毒的阴谋诡计

黄瓜花叶病毒的外表像个足球，是由十二个正五边形和二十个正六边形组成。

黄瓜花叶病毒病毒粒子结构示意图（图片来自网络）

那黄瓜花叶病毒怎样才能让自己在植物之间顺利传播呢？

它们的阴谋诡计就像白雪公主吃的毒皇后的红苹果一样，做足了伪装来吸引打车的出租车—蚜虫。只要被黄瓜花叶病毒感染，植物就会被其控制，体内的代谢就紊乱了，合成并且释放出特别浓厚的气体，而恰恰这气体就是红苹果一样的“诱饵”，蚜虫特别喜欢这种气味，自然就会被这香甜可口的味道吸引。香味在哪里，它们就以为哪里有好吃的，“闻香识食物”，它们就判断附件就有丰盛的午餐，于是就飞向植物的方向。蚜虫飞到散发特殊气味的植物，口水直流，可是吃上几口才发现这香喷喷的气味就是个谎言，是骗人的，就像毒苹果一样，植物就是棵烂菜，没有营养。然而这时候大呼上当已经来不及，就在蚜虫开口品尝植物的时候，病毒已经迅速的从植物中跟着植物的汁液被它们吃进了肚子里。这些大失所望的蚜虫们，就是超级传播者，在寻找取食可口的食物过程中，又把病毒传给了千千万万棵植物，病毒就这样无声无息的传播开来。

跟双子星座同名的双生病毒

物理学上双子星是指两颗质量极其接近的星体,由于它们的万有引力十分接近,所以彼此吸引对方,互相绕着对方旋转不分离。双子星是双子座的两颗主星--北河二和北河三的合称。

双生病毒病毒粒子结构示意图（图片来自网络）

双生病毒在植物病毒界是大名鼎鼎，不光他们的家庭成员多，目前已知就达到460种，占所有植物病毒的近30%，而且它们的危害大，人类缺乏有效的防治方法，目前主要通过喷晒杀虫剂来杀灭传毒的害虫烟粉虱来控制，就在多次打农药的操作条件下，连年造成了小麦、木薯、番茄、棉花等等作物上数百亿元的直接经济损失，大大影响了“舌尖上”的安全。

双生病毒引起危害中国大部分省市的番茄病毒病

他们可不像黄瓜花叶病毒一样，毕竟欺骗只能一时，不能长远。同媒介昆虫互惠互利，和平共处，共同发展才是王道。双生病毒和媒介昆虫烟粉虱就能形成一种互惠共生，共同繁荣。

烟粉虱很小，长度只有不到1毫米，一颗米粒是它们体长的2-4倍。

双生病毒感染植物以后，植物也会被其控制，体内的代谢改变了。同黄瓜花叶病毒不同，被双生病毒感染的植物合成释放的气味少了，而恰恰这气体就直接是烟粉虱的毒药，烟粉虱可不喜欢这些气味，一旦哪棵植物的“毒气”少了，他们自然就会被这香甜可口的味道吸引。更有意思的是被双生病毒感染的植物体内的“毒物”反而也更加少了，烟粉虱在感病的植物上活的更滋润，产的后代更多，繁衍的更快，从而烟粉虱在携带这样的病毒中尝到了甜头。而病毒也在帮助烟粉虱成就自我的同时，将自己传播到更多的植物上。

病毒-昆虫-植物三者互惠共生示意图

“闯红灯”的双生病毒

作为人类赖以生存的最重要生化反应，植物光合作用主要吸收红光和蓝紫光并存储为化学能，最终为人类和其他动物提供必需的食物和能量。光作为主要的环境因子，不仅是植物生长发育的每个环节必不可少的，而且同抗击疾病的发生也是密不可分的。在少光黑暗的条件下，连不需要进行光合作用的人都会抑郁，植物更是特别容易被病毒感染。然而光具体是如何影响植物病毒传播的，植物病毒又是如何适应植物抗性机制从而促进自身的传播等问题，尚亟待得到科学解答。

我国科学家最近发表在病毒学顶级科学期刊上的一篇文章揭示了这种“闯红灯”的双生病毒的生存之道，红光是植物合成烟粉虱不喜欢的“毒气”所必需的，但是双生病毒却利用了 “红光”来作为关键信号，促进虫媒病毒的快速传播，揭示了光调节双生病毒-烟粉虱-植物三者互惠共生的新机制。

科学家发现双生病毒感病植物和吸引媒介昆虫烟粉虱的作用只有在光照条件下才会发生，而在黑暗条件下不会发生。已有研究表明双生病毒基因βC1是吸引烟粉虱的关键决定DNA，进一步利用单色光LED灯箱进行昆虫双选择实验，发现这种吸引作用只有在红光和含有红光的白光条件下发生，而在黑暗、远红光和蓝光条件下没有显著差异。烟粉虱等大多数昆虫的视觉系统缺乏红光受体，是“红色色盲”，所以这种光依赖的烟粉虱选择行为改变主要是病毒感染植物后影响了昆虫嗅觉识别植物。

在光照条件下，介体昆虫烟粉虱更喜欢取食带有病毒的植物（左图）；在黑暗条件下，介体昆虫烟粉虱在健康植物和带毒植物上的取食没有明显差异（右图）

当植物受到昆虫取食后，会产生一系列的“毒气”化学挥发物来调控昆虫的行为来趋避这些食草昆虫，其中萜烯类化合物 (Terpenes) 是植物挥发物中最丰富的一类化合物，研究报道部分倍半萜和单萜会趋避昆虫。植物感受光的传感器连接的下游元件因子—光受体互作蛋白 (PHYTOCHROME-INTERACTING FACTOR 3, PIF3) 可以与双生βC1蛋白互作，而且这种互作在光照和黑暗条件下均可以发生。PIFs蛋白可以直接结合萜烯合酶 (Terpene synthase，TPS) 基因的启动子促进其转录，因此在PIF过表达的植物中，介体昆虫烟粉虱的产卵量减少、伪蛹发育缓慢，说明PIFs蛋白具有直接的抗虫作用。科学家们的新发现为实现利用单色LED灯绿色防控双生病毒病害提供理论依据。LED灯在日常生活中用的很多，相信将来会为减少植物病毒导致的植物疾病预防和控制中发挥更重要的作用。

红光调控双生病毒-烟粉虱-植物三者互惠共生的模式图