科学家揭示出一种具有重大意义的抗农作物病毒RNA屏障

马丁路德大学的研究人员开发出了突破性的基于 RNA 的药剂，可以对主要的农业威胁——黄瓜花叶病毒提供高水平的保护。这些药剂利用植物的免疫反应，增强其有效抵抗病毒的能力。令人印象深刻的是，尽管受到严重的病毒感染，实验室环境中接受处理的植物仍能存活高达 100%。

借助 MLU 研究人员开发的新活性成分，植物可以轻松抵御黄瓜花叶病毒。图片来源：Uni Halle / Heiko Rebsch

基于RNA的植物保护

马丁路德大学哈勒维滕贝格分校 (MLU) 的研究人员开发出一种新型 RNA 药剂，可有效保护植物免受黄瓜花叶病毒 (CMV) 的侵害，该病毒是农业和园艺领域中传播最广、破坏性最强的病毒之一。这些药剂通过结合RNA分子来增强植物的天然免疫系统。

根据今天（3 月 18 日）发表在《核酸研究》上的一项研究，在实验室测试中，即使暴露在高病毒载量下，80% 至 100% 的经过处理的植物也能存活下来。该期刊将这项研究评为“突破性文章”，强调了其重要性。该团队目前正致力于将这一发现从实验室转化为实际应用。

黄瓜花叶病毒的挑战

CMV 是一种极具破坏性的病毒，威胁着 1，200 多种植物，包括南瓜、黄瓜、谷物和药用植物等重要作物。它通过大约 90 种蚜虫迅速传播，并且很容易通过受感染叶子上独特的马赛克状变色来识别。一旦植物被感染，它就会很难生长，其果实也无法出售。

目前，尚无针对 CMV 的获批治疗方法。然而，MLU 研究人员旨在通过利用植物自身的防御机制来改变这一现状，从而更有效地引导植物对抗病毒。

这种活性成分能有效保护植物免受黄瓜花叶病毒的侵害。两株植物都感染了病毒，但图片左侧的样本没有受到保护。图片来源：Uni Halle / Heiko Rebsch

siRNA 在植物免疫中的作用

当病毒感染植物时，它会利用植物细胞作为宿主。病毒通过其遗传物质以核糖核酸 (RNA) 分子的形式在植物细胞中繁殖。一旦注入，这些外来 RNA 分子就会触发植物免疫系统的初始反应。特殊的酶剪刀会识别并切割病毒 RNA 分子。

这一过程会产生小干扰 RNA（siRNA），这些 RNA 会扩散到整个植物体内，并触发免疫反应的第二步。siRNA 分子会与特殊的蛋白质复合物结合，并引导它们到达病毒的 RNA 分子。到达那里后，蛋白质会开始分解病毒的有害 RNA 分子，将它们转化为无害的可降解碎片。

利用 edsRNA 增强植物防御能力

“一般来说，这种防御过程并不是很有效。病毒感染会产生许多不同的 siRNA 分子，但只有少数分子具有保护作用，”MLU 生物化学与生物技术研究所的 Sven-Erik Behrens 教授说。

他的团队开发了一种识别高效 siRNA 分子的方法。在又一个重要步骤中，他们现在能够将多个 siRNA 分子组合成所谓的高效双链 RNA 分子 (edsRNA)，这种分子特别适合用于植物。

这些edsRNA就像一种“包裹”，进入植物细胞后很快被分解成siRNA，这样大量高效的siRNA分子就能当场发挥保护、抗病毒的作用。

实验室条件下的有效防护

该团队对模型植物本氏烟草进行了大量实验室实验，并证明基于 edsRNA 的活性剂能够可靠地预防黄瓜花叶病毒。

“我们实验中的植物感染了非常高的病毒载量：所有未经处理的植物都死了，”贝伦斯解释说。相比之下，80% 到 100% 的经过处理的植物存活了下来。edsRNA 药剂还有另一个特殊优势：当包装被分解时，会产生一堆高效的 siRNA 分子，专门攻击不同部位的病毒。这大大提高了保护效果。

“黄瓜花叶病毒等 RNA 病毒非常危险，因为它们可以快速进化。此外，这种病毒的遗传物质由三个独立的部分组成，这些部分可能会混杂在一起，从而进一步增加了发生新突变的可能性。为了最大限度地保护自己免受病毒侵害，我们的活性成分针对基因组的不同部分，”Behrens 说道。

该团队还优化了筛选有效 siRNA 的过程，并可以在两到四周内调整该程序以针对新的病毒突变。“时间是一个重要因素：当出现新的病毒变体时，我们可以非常迅速地修改活性剂，”Behrens 解释说。这种方法也可以应用于其他病原体和害虫。

未来方向和商业化

到目前为止，这些物质都是在实验室中手动施用的，要么通过注射，要么通过将其擦入植物叶子。该团队正在与慕尼黑理工大学的药剂师和药物输送专家 Karsten Mäder 教授合作，使基于 RNA 的物质更耐用，更容易应用于植物。例如，它们可以喷洒在植物上。

与此同时，研究人员正在计划进行田间试验，在真实条件下测试基于 RNA 的物质。他们正在与企业讨论未来的工业生产。此外，潜在的新型作物保护产品仍需经过审批程序，因此对抗黄瓜花叶病毒的产品还需要一段时间才能进入市场。

“但是，我们坚信我们的方法是可行的。第一种含有 RNA 活性成分的农作物保护产品最近在美国获得批准，”Behrens 说道。

编译自/ScitechDaily