受感染反增生存機會? 研究發現有病毒助植物應對乾旱

病毒一定會令宿主健康變差?非也。最新刊於《美國國家科學院期刊 (PNAS) 》的研究發現,廣泛感染十字花科植物如西蘭花與柳菜花等的蕪菁嵌紋病毒 (Turnip mosaic virus) ,實際上可在乾旱期間,減少宿主水份流失,從而增加其生存機會。

在是次研究中,當十字花科的阿拉伯芥 (Arabidopsis thaliana) 感染了該病毒特定病毒株時,其受乾旱威脅下存活的可能性比正常高 25%  ,而這一切似乎都取決於天氣。

西班牙整合系統生物學研究所 (I2SysBio) 主席、病毒學家 Santiago Elena Fito 解釋,在正常情況下,該病毒會殺死有足夠水份的植物,但受到乾旱脅迫的被感染植物仍然存活。

為了弄清楚到底是甚麼造成了這些變化,團隊用了多種蕪菁嵌紋病毒的病毒株感染了健康的阿拉伯芥,然後正常地灌溉或是令其缺水;這些病毒株均是在乾旱條件或在正常降雨條件下演化出來。

研究顯示,在正常條件下演化出來的病毒株繼續在這些植物中引起疾病​​,相反在乾旱條件下演化的病毒株,即使繼續澆灌充足,受感染阿拉伯芥仍然茁壯成長。

發現或助農作物應對乾旱

團隊相信,乾旱條件下演化的病毒株以某種方式引起了宿主基因轉錄 (transcription) 的改變,從而幫助阿拉伯芥的生存。實際上,團隊亦發現到感染了這些病毒株的植物顯示出與其晝夜節律有關的基因變化,從而可能影響植物的用水。

在現時全球暖化加劇,更頻繁、更嚴重的乾旱威脅著許多農作物的未來,發現可能是「救命稻草」。

過去的研究表明,某些病毒可在栽培植物中引起疾病​​,但似乎不會以相同方式影響野生植物。例如在 2008 年,有團隊發現了幾種嵌紋病毒,似乎可以提高植物對環境脅迫的耐受性,增強其抗氧化劑製造和保護自身水份能力。 2013 年,另一項研究表明乾旱和高溫共同可以改變蕪菁嵌紋病毒的訊號傳導途徑,降低植物對熱的反應。

I2SysBio 團隊在報告中指,之前已觀察到病毒可賦予宿主抗旱性,但據團隊所知,這是首次探索非生物脅迫如何影響宿主與病毒互動的演化。

研究表明,當面臨非生物威脅時,某些植物可調節其代謝和基因表達,誘導影響病毒感染結果的變化。從本質上而言,在乾旱條件下於植物中生長的病毒已經學會不殺死宿主。

團隊指,病毒誘導植物出現抗旱機制的情況可能並不普遍,但如果能弄清楚如何將這些常見的感染從「病原體」轉化成「合作夥伴」,則可以幫助人類為未來的乾旱做好準備。

來源:
Science Alert, Scientists Find a Virus That's Evolved to Protect Its Host - Depending on The Weather, 5 February 2021

報告:
González, R., Butković, A., Escaray, F.J. & et al. (2021). Plant virus evolution under strong drought conditions results in a transition from parasitism to mutualism. PNAS February 9, 2021 118 (6) e2020990118. doi: 10.1073/pnas.2020990118

文/Alan Chiu

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