五四青年節來啦！《知識就是力量》特別策劃「青年科學家趣談科學」系列內容，我們將從航空航天、生命科學、化學、人工智慧、動植物、物理天文等領域挑選青年科學家，一方面帶領大家認識中國優秀的青年科學家群體，另一方面，這些青年科學家將帶領大家讀科學、知科學、愛科學。

在我們生活的環境中，

充斥著各種各樣的微生物，

病毒是其中最小的一種，

它們絕大部分不會對我們的健康造成危害。

但是有一小部分病毒會感染我們使我們生病，

如流感病毒，登革熱病毒，乙肝病毒等。

像人和動物一樣，植物也會感染致命病毒。

接下來，

青年科學家衛靜將帶我們

解析植物病毒傳播的「36計」！

衛靜博士，現任福建農林大學植物保護學院植物病毒研究所副教授。2010年於安徽農業大學獲得學士學位，2015年於浙江大學獲得博士學位，並被評為浙江大學優秀畢業生。2015年7月至2017年12月於美國康奈爾大學從事博士後研究。長期從事植物-植物病毒-介體昆蟲互作機制研究。近5年來以第一和通訊作者（含共同）在PNAS、 Nature Communications、 Journal of Virology和Current opinion in virology等期刊發表論文，參與發表SCI論文4篇。近年來在介體昆蟲傳播植物病毒機制方面取得了重要創新。研究獲得了國家自然科學基金面上項目和福建農林大學校傑青項目的資助。入選了第四屆中國科協青年人才托舉工程項目的資助。

植物病毒傳播「36計」

撰文/衛靜

植物病毒病常被稱為「植物癌症」，植物感染病毒後，植物的細胞和組織結構會發生變化，葉片表現出黃化、褪綠、壞死、枯斑、捲曲或者畸形的癥狀，還會出現長不高、木栓化等情況。

目前全世界已報道的植物病毒種類約1000種，由於缺少有效的防治措施，因此植物病毒病一旦流行，會對農業生產造成慘重損失。例如2008年雲南呈貢番茄上暴發的番茄斑萎病毒病，導致番茄表面大面積出現黃斑，每公斤價格一分錢，種植戶損失慘重。全世界每年因植物病毒導致的農作物損失在兩三百億美元左右。

健康番茄（圖片來源：Inlife）

感染病毒的番茄（圖片來源：Johnny"s selected seeds）

其實植物病毒也有美麗的時候，也曾用於彰顯顯貴身份。鬱金香是土耳其、荷蘭和匈牙利等國的國花，花瓣有純色，也有帶繽紛的條紋，這種條紋使鬱金香顯得更奇異別緻，曾讓整個荷蘭為之瘋狂，貴族們認為這是一種高貴的花，可以突顯他們的身份和地位。其實這種條紋是由於鬱金香感染了病毒，導致花青素無法積累，因而出現了美麗的條紋。但病毒的感染會使鬱金香花期嚴重縮短，花朵會早早凋零。讓人意想不到，植物殺手也可以戴上美麗的面具行兇。

健康鬱金香（圖片來源：Wikimedia Commons）

感染病毒鬱金香（圖片來源：Wholesale Flower Bulbs）

小小病毒妙招多

植物本身不能移動，病毒也不能從生病的植物飛到健康的植物上。由於病毒是活體寄生的，而病毒感染植物後會導致植物死亡，病毒為了保證自己能夠更好的延續自己的生命，會想盡一切辦法向健康的寄主植物上擴散，建立新的家園。

在此過程中，自然界的小動物發揮了重要的幫凶作用。超過80%的植物病毒都會利用各種媒介生物進行傳播，如昆蟲（葉蟬、粉虱、蚜蟲等）或蟎類，病葉汁液，土壤中的線蟲、真菌，種子、花粉，苗木和菟絲子等[1]。尤其以昆蟲為介體傳播的病毒種類最多，造成的危害範圍最廣，最為嚴重。

當植物感染病毒之後，病毒會採用一系列策略改變植物的氣味，使植物變得對健康昆蟲來說更具吸引力，這樣健康蟲子就會不由自主的飛過來吃植物，病毒就會伴隨著食物進入昆蟲體內，當蟲子飛到健康植物上取食時，病毒會隨著昆蟲取食時吐出的唾液進入植物體內，導致植物疾病纏身[2]。植物在被病毒感染和蟲子取食時也會像人一樣產生免疫反應，這些免疫反應會使病毒和蟲子活的不太愉快，甚至刻意清除病毒和毒死蟲子。

聰明的病毒為了更好地利用蟲子進行傳播，會在感染植物後抑制植物的免疫反應，讓蟲子吃得更開心，生更多的蟲寶寶，這樣病毒就可以利用更多的蟲子將自己傳播出去[3]。此外，病毒還有絕招，它可以使感染病毒的蟲子的食慾受到影響，感病的蟲子會變得更喜歡吃健康的植物，這樣大大促進了蟲子對病毒的傳播機會[4]。所以，病毒巧妙地通過改變昆蟲的飲食喜好來使自己「子孫成林」。

圖片來源：Mauck et al., 2012, Functional Ecology

植物病毒是搭順風車的高手

當有些植物病毒到達昆蟲體內後，彷彿來到了一處世外桃源，它非常喜歡昆蟲體內的環境，想一直在裡面生活下去。但是昆蟲的壽命也是有限的，昆蟲死亡的那一天病毒的末日就來了。病毒當然不能忍受這樣的事情發生，因此它們也在不斷探索建造自己的「諾亞方舟」。

它們發現昆蟲雖然會死亡，但是昆蟲在死亡前會生出非常多的昆蟲寶寶，要是它們可以從昆蟲爸爸媽媽直接傳到昆蟲寶寶體內，那就可以一直在這個世外桃源裡面生活下去。蟲媽媽在懷孕期間，體內的蟲寶寶發育過程中會吸收媽媽體內的營養物質，病毒就會粘在這些營養物質上並隨著一起進入卵巢進而侵染蟲寶寶[5,6]。昆蟲體內含有大量的生長發育必須的共生微生物，這些微生物可以被蟲媽媽傳給正在發育中的蟲寶寶。蟲寶寶胚胎在發育高峰期，大量微生物會進入卵巢被胚胎利用。病毒怎麼可能錯過這麼大好的機會呢？所以，它們也會粘在這些共生微生物上，隨同微生物一起侵入胚胎[7,8]。

植物病毒也可以通過蟲爸爸傳給蟲寶寶，它們會粘在精子表面，在受精的時候傳給蟲寶寶[9]。這些蟲寶寶出生就攜帶消滅植物的生化武器，在田間掀起一場場「滅頂之災」。當冬天很少有農作物生長的時候，病毒通過在昆蟲體內代代相傳被有效地保存下來，等待來年春天有農作物生長的時候，病毒可以被昆蟲傳播至作物上。在病毒的繁衍生息過程中，昆蟲可能也沒意識到，自己在解決溫飽問題的同時卻充當了殺害植物的幫凶。

圖片來源：Mao et al., 2019, Nature Communications

小心成為植物病毒傳播的幫凶

近年來出國旅遊乃是家常便飯，植物病毒主要潛伏在植物上，如果出境旅遊的遊客私下攜帶或郵寄植物種苗，很有可能會帶入國內尚沒有出現過的植物病毒，一旦通過某種途徑侵入農作物，將嚴重危害我國的農業生產。

例如看似健康的鬱金香球莖經常攜帶南芥菜花葉病毒，這種病毒為我國檢疫性有害病原物，寄主範圍廣泛，能夠侵染蔬菜、花卉、果樹等多種經濟作物[10]。因此拒之門外是最有效的預防控制手段，切勿使自己成為植物病毒傳播的幫凶。

參考文獻：

[1] Hogenhout SA, Ammar ED, Whitfield AE, Redinbaugh MG (2008) Insect vector interactions with persistently transmitted viruses. Annu Rev Phytopathol 46: 327-359.

[2] Mauck K, Bosque-Pérez NA, Eigenbrode SD, De Moraes CM, Mescher MC (2012). Transmission mechanisms shape pathogen effects on host–vector interactions: evidence from plant viruses. Funct Ecol 26(5): 1162-1175.

[3] Luan JB, Yao DM, Zhang T, Walling LL, Yang M, Wang YJ, Liu SS (2013). Suppression of terpenoid synthesis in plants by a virus promotes its mutualism with vectors. Ecol Lett 16(3): 390-398.

[4] Wang H, Xu DL, Pu LL, Zhou GH (2014). Southern rice black-streaked dwarf virus alters insect vectors" host orientation preferences to enhance spread and increase rice ragged stunt virus Co-Infection. Phytopathology 104, 196-201.

[5] Huo Y, et al. (2014). Transovarial transmission of a plant virus is mediated by vitellogenin of its insect vector. PLoS Pathog 10: e1003949.

[6] Wei J, et al. (2017). Vector development and vitellogenin determine the transovarial transmission of begomoviruses. Proc Natl Acad Sci USA 114: 6746-6751.

[7] Jia D, et al. (2017). Insect symbiotic bacteria harbour viral pathogens for transovarial transmission. Nat Microbiol 2: 17025.

[8] Wu W, et al. (2019). Interaction of viral pathogen with porin channels on the outer membrane of insect bacterial symbionts mediates their joint transovarial transmission. Phil Trans R Soc B 374: 20180320.

[9] Mao Q, et al. (2019). Viral pathogens hitchhike with insect sperm for paternal transmission. Nat Commun 10(1), 955.

[10] 李彬, 於翠, 吳翠萍, 粟寒, 曾義, 安榆林. 進境荷蘭鬱金香種苗中南芥菜花葉病毒的鑒定. 植物保護學報, 2010, 1:19-24.

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