植物弹状病毒研究进展

张守杰，耿军，纪国才，王黎，宋春燕，李松坚*

（1.青岛市农业技术推广站，山东 青岛 266071；2.滨城区水产局，山东 滨州 256600；3.青岛市农产品质量检测中心，山东青岛 266041；4.崂山区农业农村局，山东 青岛 266100）

弹状病毒（Rhabdviridae）是一类负义单链RNA病毒，因病毒粒子形态似子弹或棒状而得名[1]。该类病毒寄生宿主很广，可感染植物、昆虫、水生生物以及变温和温血脊椎动物[2，3]。根据侵染寄主的不同，可以将弹状病毒分为植物弹状病毒和动物弹状病毒两大类。其中，植物弹状病毒可以侵染小麦、马铃薯、大麦、莴苣和兰花等多种植物，为害宿主健康，给农业生产造成经济损失[4，5]。

1 植物弹状病毒的分类

在国际病毒分类委员会（ICTV）2017年发布的报告中，弹状病毒共包括131个种，分属于18个属。其中，植物弹状病毒有4个属，分别是细胞质弹状病毒属 （Cytorhabdovirus）、双分体弹状病毒属 （Dichorhavirus）、细胞核弹状病毒属（Nucleorhabdovirus）和巨脉病毒属（Varicosavirus）[6]；其他14个属为动物弹状病毒。在植物弹状病毒中，双分体弹状病毒属和巨脉病毒属为最新添加的2个属[7，8]，其归类依据是它们分别与细胞核弹状病毒属和细胞质弹状病毒属的基因组序列有显著的相似性。双分体弹状病毒属中共有2个种，分别是咖啡环斑病毒（Coffee ringspot virus，CoRSV）和兰花斑点病毒（Orchid fleck virus，OFV）。巨脉病毒属中只有莴苣巨脉病毒（Lettuce big veinassociated virus，LBVaV）1个种。此外，根据病毒在宿主细胞中复制场所的不同，可以将植物弹状病毒分为细胞质弹状病毒属和细胞核弹状病毒属。其中，细胞质弹状病毒在细胞质中复制，细胞核弹状病毒在细胞核中复制。以马铃薯黄矮病毒（Potato yellow dwarf virus，PYDV）为代表种的细胞核弹状病毒共含有10个种。以莴苣坏死黄化病毒（Lettuce necrotic yellows virus，LNYV）、北方禾谷花叶病毒（Northern cereal mosaic virus，NCMV）和大麦黄条点花叶病毒（Barley yellow striate mosaic virus，BYSMV）等为代表种的细胞质弹状病毒共含有11个种。

2 植物弹状病毒的基因组结构及蛋白功能

2.1 基因组结构

植物弹状病毒为负义单链RNA病毒[9]，其基因组大小为10.8～16.1 kb，占病毒粒子重量的1%～2%。病毒粒子长度100～460 nm，直径45～100 nm。子弹状或者棒状的病毒粒体，由螺旋状的核衣壳组成。核衣壳由核糖核蛋白（RNP）复合物组成，直径在30～70 nm，占病毒粒子重量的65%～75%。核糖核蛋白复合物包含基因组RNA、核蛋白（Nucleoprotein，N）、聚合酶相关磷蛋白（Phosphoprotein，P）和RNA依赖性RNA聚合酶（RNA polymerase，L），它们紧密结合在一起，共同发挥作用。核糖核蛋白复合物外侧包被有一层脂质包膜和基质蛋白（Matrix protein，M），其中在脂质包膜上结合有病毒包膜糖蛋白（Glycoprotein，G）的三聚体，这些三聚体长度5～10 nm，直径约3 nm，组成了包被在病毒粒体最外侧的一层突起（图1）。病毒内部还含有5'端加帽酶、鸟苷酸及甲基转移酶、蛋白激酶（病毒或寄主编码）、三磷酸核苷酶和二磷酸核苷激酶等多种酶类。

图1 植物弹状病毒结构[5]Fig.1 The structure of plant rhabdviridae

现有研究表明，植物弹状病毒的病毒体通常含有单分子的线性负义单链RNA，即使有些弹状病毒是双分体，也都是每条RNA独立包衣的。线性负义单链RNA具有3′末端的游离羟基和未聚腺苷酸化的5′三磷酸，末端具有编码转录和复制起始信号的倒序互补序列。全长正向RNA是复制过程中的中间体，约占病毒RNA群体的5%，是构成病毒RNA群体的重要组成部分。与全长负义RNA基因组一样，反向基因组RNA也会与N紧密结合在一起，而不是以裸露的RNA形式出现。

2.2 蛋白功能

植物弹状病毒基因组一般含有5个能够编码结构蛋白的基因，分别是N、P、M、G和L蛋白编码基因[10]，这些基因通常依照 3′-N-P-M-G-L-5′的顺序排列（图2）[11]。N、P和L蛋白主要参与病毒的转录与复制。其中，N蛋白分子量为47～62 kDa，是病毒核衣壳的主要组成成分，可以通过影响转录信号的识别过程调节基因组的转录和复制，还可以诱导细胞介导的免疫应答反应[11，12]。L聚合酶分子量为220～240kDa，是病毒核衣壳的组分之一，主要负责催化mRNA 5′端加帽等过程[13]。P蛋白是病毒聚合酶的辅助因子，分子量为20～30 kDa，主要功能是介导L蛋白在N-RNA模板上正确定位并连接。在N蛋白合成期间，P蛋白可以作为分子伴侣，通过形成N-P复合物与RNA结合而阻止N蛋白的自我聚集[14，15]。研究表明，植物弹状病毒的P蛋白在逃避宿主的先天抗病毒反应中具有基础性作用，可以引起细胞介导的免疫反应。M基质蛋白分子量为20～30 kDa，属于功能性蛋白，可以调节基因组RNA的转录，是病毒粒体的内部组分。M蛋白还可以促进植物弹状病毒的芽生过程[16～18]，参与核质间的运输和基因的表达。糖蛋白G是病毒的主要抗原蛋白，以三聚体的形式覆盖在病毒表面，主要负责与宿主细胞受体的结合，可以诱导和结合病毒中和抗体并引发细胞介导的免疫反应[19，20]。目前，普遍认为N、G蛋白与昆虫介体的传毒有关。多数植物弹状病毒还会编码多个辅助蛋白，其功能在很大程度上是未知的。一般认为，辅助蛋白具有参与病毒在细胞间的移动、调节干扰素应答、逃避免疫等作用。

3 植物弹状病毒的生物学特性

弹状病毒是极少数既可以侵染植物，又可以侵染动物的病毒之一。多数植物弹状病毒以持久增殖的方式进行传播，通常不会在植物中垂直传播，但是在昆虫中可以经卵传播。植物弹状病毒主要的传毒介体有蚜虫、叶蝉和飞虱等[21]，部分病毒还可以通过植物的汁液或宿主的体液进行机械传播。通过稻飞虱和叶蝉传播的植物弹状病毒，不能通过机械传播的方式侵染植物，但可以通过维管穿刺接种。Louie[22]研究显示，以蚜虫为介体的植物弹状病毒通过摩擦接种传播的成功率不高。植物弹状病毒的传毒效率为5%～100%，差异较大[23～25]。病毒的获毒时间也存在显著差异，短的几分钟，长的可以达到数天。与在其介体中可以复制的其他病毒一样，弹状病毒的潜伏期也存在一定差异，短者为3d，长者达60 d以上[26，27]。有学者发现，玉米花叶病毒（Maize mosaic virus，MMV）能够侵染其介体玉米花翅飞虱（P.maidis）的包括神经组织在内的大多数组织[28，29]。最近对植物弹状病毒昆虫介体的免疫荧光显微镜研究结果表明，MMV对P.maidis神经系统的侵染较对其他组织的侵染更广泛且迅速，MMV可以从介体生物的中肠向前憩室和食管移动，并通过神经系统从这些器官移动到唾液腺，从而避开P.maidis的传播障碍[30]。这种嗜神经途径与已经发现的双翅目宿主中的一些侵染脊椎动物的动物弹状病毒[31]有些类似。Romoser等[32]研究了其他2种虫媒病毒在其介体中的传播途径，认为内脏肌肉和气管可以促进虫媒病毒通过蚊子的肠中层进行移动。尽管在植物弹状病毒领域已取得较多的研究成果，但目前植物弹状病毒的传播途径和作用机理仍未十分清楚，需要进一步研究。

4 结语

近年来，多种植物弹状病毒在我国被相继发现并报道[33，34]，且部分植物弹状病毒的田间为害有蔓延趋势[35]，给农业生产带来了巨大经济损失。目前研究较多的植物弹状病毒（如北方禾谷花叶病毒）以及近几年在我国新发生的几种植物弹状病毒（如大麦黄条点花叶病毒）都有一个共同的寄主——小麦。而中国北方生态密集型小麦栽培范围较广，这使得植物弹状病毒具备了在某些地区暴发并造成严重破坏的可能。同时，植物弹状病毒为一种RNA病毒，其基因组非常容易发生突变，这提高了病毒的适应能力，增加了防治的难度[36]，亟需加强防治措施研究。对于植物病毒来讲，阻断其传播途径是防止病毒侵染寄主的主要途径之一。目前，普遍认为弹状病毒的G蛋白和N蛋白与病毒在介体内的传播有关。因此，进一步研究植物弹状病毒蛋白与介体昆虫蛋白之间的互作关系，明确病毒蛋白在病毒传播中的作用，对于阻断病毒传播，进而防控植物弹状病毒甚至动物弹状病毒引起的病毒病具有重要意义。