科学家发现一种进化为保护其宿主的病毒

植物学家有了一个令人着迷的发现:通常会危害卷心菜科植物(如西兰花和花椰菜)的广谱病毒,当宿主面临小规模灭绝危机时,会转而变成有益病毒,帮助宿主生存下去。

在干旱期间,研究人员发现芜菁花叶病毒可以从“毒害”转为“益生”,改变寄主的生物钟,帮助植物减少水分流失。

被称为拟南芥(Arabidopsis thaliana)的野生植物被该病毒的特定变体感染时,研究人员发现被感染植物在极度缺水的条件下存活的可能性反而高出25%。

一切都取决于天气。

整合系统生物学研究中心(I2SysBio)的首席病毒学家Santiago Elena Fito解释说:“在正常情况下,病毒一味侵夺,最终杀死植物。但是,若植物受到干旱的威胁,病毒就转而帮助宿主存活。”

为了弄清楚里面的机制,研究人员用变种病毒感染了大量的健康植物。然后为它们设置多组对照条件:或不浇水,或正常浇水,或高温日晒,或阴凉潮湿。

研究结果表明,干旱条件激活了病毒的某种功能,改变了宿主基因转录的方式,从而帮助植物在干旱环境里求生。实际上,他们发现,病毒改变的是和植物昼夜生理节律相关的遗传因子。

考虑到全球正迅速变暖,干旱将成为很多地区的常态,上述发现或成救命稻草。

科学家认为,那不仅是病毒单方向的演化结果,实际上,应该是植物主动配合,共同共生演化的后果。

在2008年,研究人员发现了几种花叶病毒似乎可以提高植物对环境威胁的耐受性,增强其抗氧化性和保水能力。

作者写道:“以前曾观察到病毒赋予宿主抗旱性,但据我们所知,这是首次探索非生物威胁如何塑造宿主与病毒相互作用的过程。”

这项研究表明,当面临非生物威胁时,某些植物可以调节其代谢和基因表达,诱导突变,进而影响病毒感染的结果。

从本质上讲,干旱条件下,侵入植物的病毒已经学会了不要在这种时候雪上加霜。

换句话说,这种类型的病毒可以改变拟南芥的干旱耐受性,提高宿主的生存几率,进而确保自身存活。最终,经过环境压力的筛选,这种变异特性被遗传下来。

作者说,病毒诱导植物抗旱的机制可能并不普遍。但是,如果我们能够借助基因工程学,直接赋予植物这种抗旱机制,那无疑是非常有价值的工作。

该研究发表在PNAS上。

原文:https://www.sciencealert.com/scientists-discover-a-virus-that-harms-or-protects-plants-depending-on-the-weather

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