牧草和草坪草中的真菌病毒

王石岩，夏 超

（兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室 / 兰州大学草地农业科技学院, 甘肃 兰州 730020）

真菌病毒是一类以真菌为寄主的病毒类群，在各种真菌中广泛存在。1962 年，英国生物学家Hollings 等[1]在进行食用真菌法兰西病的研究过程中首次发现真菌病毒，他们在显微镜下对食用真菌的子实体进行观察，分别观察到直径为25 、29 nm及19 nm × 50 nm 的病毒粒子，从而开启了对真菌病毒研究的大门[1]。之后，Lampson 等[2]以及Ellis 和Klenschmidt[3]分别在匐枝青霉(Penicillium stoloniferum)和绳状青霉(P. funiculosum)中观察到了真菌病毒的存在。截至目前，已在100 余种真菌和卵菌中发现真菌病毒100 余种[4]。多数病毒对真菌的侵染具有专化性，但也有少数病毒可同时侵染多种真菌或卵菌[4]。

1 真菌病毒的分类、传播和作用

截至目前已在包括动物、植物及土壤等环境的真菌中发现100 余种真菌病毒，被分为14 个科20个属，其中7 个科10 个属为dsRNA 病毒，5 个科7 个属为+ssRNA 病毒，其余2 个科3 个属为逆转录RNA病毒(表1)，此外还有一部分真菌病毒尚未有明确的分类(表2)。已报道的真菌病毒绝大多数为dsRNA 病毒，且不对寄主产生明显影响[45-46]。

与其他病毒类群相似，真菌病毒的生命周期也是由：1)识别病毒受体，接触并入侵细胞；2)病毒基因表达与基因组复制；3)病毒衣壳形成与病毒粒子装配3 个部分构成的[44]。不同于植物与动物病毒，真菌病毒的传播方式有两种，分别为水平传播和垂直传播。垂直传播即病毒以真菌的孢子为载体而进行传播的方式，作为载体的孢子绝大多数为无性孢子，而有性孢子病毒滴度较低，一般难以作为有效的病毒传播载体，不是普遍的病毒传播方式[47-48]。营养体亲和的菌株在生长过程中菌丝会发生接触和融合，病毒便通过真菌细胞间的接触从被侵染的细胞转移至健康的细胞，这种传播过程称为水平传播[49]。

表 1 已发现的真菌病毒及其分类Table 1 Classification of mycoviruses

表 2 尚未有明确分类的真菌病毒Table 2 Mycoviruses that remain to be classified

侵染寄主后，一部分病毒对真菌不产生明显影响[47]，而部分病毒却会导致真菌的生长速度、形态、产孢量在内的多个指标明显降低[50]，这一类病毒常具备生防利用的潜力，可用于植物真菌病害的防控。此外，目前研究发现病毒Curvularia thermal tolerance virus (CThTV)，侵染后可增强其真菌寄主Curvularia protuberate 及寄主所侵染的植物的耐热能力[35]，说明除生防作用外，真菌病毒还存在其他可供利用的潜能，有待进一步研究发现。

2 草类植物病原真菌中的真菌病毒

除在乔木和粮食作物病原真菌中发现了真菌病毒外，在导致草类植物发病的病原真菌中也有病毒存在的报道(表3)。目前，已在包括Botrytis cinerea、Fusarium poae、F. solani、F. oxysporum、F. graminearum、Gaeumannomyces graminis、Helminthosporium victoriae、Rhizoctonia solani、Sclerophthora macrospora 等 导 致草类植物产生病害的病原中报道了真菌病毒的发现，并证实了部分病原真菌中携带的病毒具有弱致病作用，可降低寄主真菌对植物的致病能力[37,39,51-63]。

1960 年，Lindberg 从 引 致 燕 麦(Avena sativa)叶斑病的病原真菌H. victoriae 中分离出HvV190S 和HvV145S 两种病毒[64]，进一步研究发现这两种病毒可降低H. victoriae 的致病作用，使燕麦叶斑病的发病情况显著降低[55]，随后的离体试验表明，这两种病毒可导致H. victoriae 的生长速度下降，产生大量气生菌丝且菌落形态由近圆形变为扇形[58]，表明真菌病毒会导致H. victoriae “生病”，进而导致病原致病能力的下降。近年来的研究表明，被侵染的H.victoriae 中，Hv-p68 和vin 两个基因的表达量明显上调，产生Hv-p68 和抗真菌蛋白前体victoriocin，其中Hv-p68 为具醇氧化酶、蛋白激酶和RNA 结合活性的多功能蛋白，其过度表达可将醇类物质不可逆地氧化为对寄主有毒性的醛，而victoriocin 是一种广谱的抗真菌蛋白，可靶向性地改变质膜对阳离子透性，从而产生抑制寄主生长和减毒的作用[65-67]。

表 3 草类植物病原真菌中的病毒Table 3 Mycoviruses in pathogens of grasses

在导致豆科牧草根腐病和禾草褐斑病的病原R.solani 中也发现了具备减毒效应的病毒RhSV1，该病毒具独特的pA 多肽片段，可抑制寄主的莽草酸途径，进而导致奎宁酸诱导的弱毒效应。莽草酸途径是芳香氨基酸及其他代谢产物的合成途径，而奎宁酸途径是由土壤中植物组织分解的副产物奎宁酸诱导的碳利用途径，这两种途径共用两种中间产物脱氢莽草酸(DHS)和脱氢奎宁酸(DHQ)，正常条件下莽草酸途径阻遏物QUTR 与转录激活物QUTA结合，阻碍奎宁酸途径的表达。此外，莽草酸途径产生的分支酸可显著提高R. solani 的致病性。但在真菌病毒侵染的寄主中，RhSV1 编码的pA 片段可与转录激活物QUTA 结合，形成pA-QUTA 复合物，阻碍莽草酸途径而诱导奎宁酸途径的进行，进而阻碍了寄主真菌芳香性氨基酸的合成。综上研究者推测RhSV1 可能是通过抑制病原的莽草酸途径来阻碍寄主代谢，进而导致寄主的弱致病力现象[68-69]。

另外，研究发现真菌病毒FgV-ch9 对引起禾草赤霉病和苜蓿根腐病的病原F. graminearum 具有弱毒作用，被侵染的真菌寄主生长速度降低，产孢量下降，菌落形态异常，进而导致致病力下降[70]，但该病毒的具体作用机理还有待进一步研究阐明。

3 禾草内生真菌中的真菌病毒

与牧草及草坪草病原中的真菌病毒研究相比，关于内生真菌的真菌病毒方面研究较少。1998 年，在对紫羊茅(Festuca rubra)禾草内生真菌Epichloë festucae 的研究中发现了两个dsRNA 片段[71]，进一步的研究发现该病毒为Victorivirus，并命名为Epichloë festucae virus 1(EfV1)，该病毒具有两个ORF，分别编码CP 蛋白和RdRp，在两个ORF 间由AUGA 4 个碱基的重叠，在ORF2 中具有8 个保守结构域，通过内生真菌的无性生殖方式进行传播，子囊孢子中没有发现病毒的存在，但研究并没有发现病毒会对寄主的生物学特征造成任何影响[72]。但有研究表明，真菌病毒的侵染使得内生于禾草的真菌Tolypocladium cylindrosporum 伏马菌素的产量降低[73]，此外，Herrero 等[74]对分离自天然草地的103株内生真菌进行了真菌病毒的检测，发现22.6%的菌株中有病毒侵染，表明真菌病毒在内生真菌群体中具有较广泛的分布。

在热带稗草Dichanthelium lanuginosum 内生真菌C. protuberata 中，真菌病毒Curvularia thermal tolerance virus (CThTV)为共生体提供了耐热性[35,75]，该病毒由两个片段组成，分别长2.2 和1.8 kb，两个片段中各包含两个ORF，其中ORF1a 和ORF1b编码病毒的RdRp，可能通过移码的方式进行RdRp蛋白的表达，而ORF2a 和ORF2b 的功能目前还尚未阐明[35]。研究表明，在38 ℃下，不含病毒的共生体及非共生体的热带稗草均枯萎死亡，仅含有病毒的共生体可在该环境下存活；进一步的研究发现，在30 ℃环境下，不含病毒的C. protuberata 生长缓慢且不育的孢子数量相对于被侵染的真菌显著增加[76]，在热胁迫条件下，CThTV 可诱导寄主提高海藻糖和黑色素的合成量，提高活性氧解毒酶的活性，上调牛磺酸分解代谢途径的强度，且激活部分热激蛋白的活性[74]，使得寄主得以在热胁迫条件下保持足够的渗透压调节能力，并及时清除过量的活性氧，提高抗逆性物质的产量，进而提高了共生体在热胁迫下的抗逆性。

在菌根真菌中也有发现真菌病毒的报道。目前在菌根真菌Rhizophagus diaphanum 和R. irregularis中已经发现了5 种病毒，其中RdMV1、RdMV2、RdMV3和RdMV4 为Narnavirus，而RirMV1 为Mitovirus[77]。在球囊霉(Glomus sp.)中也发现了两种病毒GRF1V-S和GRF1V-M，其中GRF1V-M 长4.5 kb，具两个ORF，侵染后会导致菌株孢子产量降低，但对植物具有促进生长的作用，而该影响的具体机制还尚待进一步研究[78]。

4 真菌病毒在草地农业生态系统中的作用

真菌病毒作为草地农业生态系统中生命组成成分之一，与生态系统中的其他组成成分都有着直接或间接的相互关系(图1)。真菌病毒侵染病原真菌后，抑制病原生长和产孢，降低病原的致病性，产生弱毒菌株[50,58]。而弱毒菌株寄生于牧草和草坪草后，抢占了强毒菌株的生态位，导致其难以成功在牧草或草坪草上侵染定殖[79]，提高了植物对病原物的抗性，从而提高了牧草产量和质量以及草坪景观的美观程度。

真菌病毒对植物病害发病程度的降低变相降低了牧草中真菌毒素的含量，从而避免了家畜因过度采食高含量真菌毒素的牧草而导致的经济损失，提高了畜牧业产出。但也有真菌病毒直接调控真菌毒素产量的报道，如前文所述的被病毒侵染的内生真菌T. cylindrosporum 会导致伏马菌素产量下降[73]，此外Aspergillus flavus 菌株NRRL 5565 和NRRL 5940 的黄曲霉素产量也受到真菌病毒的抑制[80-81]，但也有研究得出相反的结论，Nerva 等对Aspergillus ochraceus中赭曲霉素进行测定时发现，真菌病毒的侵染提高了宿主赭曲霉素的含量[80]。

图 1 草地农业生态系统中真菌病毒、植物和家畜的相互作用Figure 1 Mycovirus, plant, and livestock interactions in a pasture agroecosystems

部分真菌病毒侵染内生真菌后，为内生真菌和共生体均提供了耐热性，形成了病毒-内生真菌-禾草共生体，增加了草地寿命，提高了草地的生态服务价值[35,70,75]。

5 总结与展望

目前，已在包括草类植物病原及内生真菌等相关微生物中发现了真菌病毒的存在，且进一步研究发现部分草类植物病原中存在具弱毒特性的真菌病毒，禾草内生真菌中的部分真菌病毒对共生体的抗性存在影响，此外，部分真菌病毒会对真菌次生代谢产物的产量产生影响。但目前有深入研究的草类植物中的真菌病毒仅占很少一部分，需要对更多病毒展开基因组测序、传播方式、生物学特性等方面的研究，此外真菌病毒与草类植物病原之间的分子互作机理还仍待阐明；而对于影响禾草-内生真菌共生体抗性的部分真菌病毒还需进行更进一步的研究，探究其影响机制，简而言之，是病毒直接提供抗性，还是病毒和真菌的协同作用导致抗性的产生。

在草类植物中关于真菌病毒的相关研究还处于起步阶段，尽管目前已在病毒的检测、鉴定、病理学等方面开展了一些工作，但仍不够全面，尚有大量草类植物相关微生物未进行真菌病毒相关的研究。根据前人在相关领域的研究结果及研究趋势，笔者认为，对于草类植物的真菌病毒研究方面，1)应进一步在牧草、草坪草病原及内生真菌等草类植物相关微生物中广泛开展真菌病毒的探索，从而发现更多真菌病毒种类，并探索其多样性、生物学、生态学、病理学等方面的特性和作用；2) 对于具弱毒作用的真菌病毒，应进一步深入研究其与寄主间的互作机理，并进行弱毒菌株筛选，进行生物防治相关制剂的开发与利用；3)对于可为草类植物提供增益的真菌病毒，应进一步探究其影响机理，并探索其在草地农业生态系统中的利用价值。