五四青年节来啦！《知识就是力量》特别策划“青年科学家趣谈科学”系列内容，我们将从航空航天、生命科学、化学、人工智能、动植物、物理天文等领域挑选青年科学家，一方面带领大家认识中国优秀的青年科学家群体，另一方面，这些青年科学家将带领大家读科学、知科学、爱科学。
在我们生活的环境中，
充斥着各种各样的微生物，
病毒是其中最小的一种，
它们绝大部分不会对我们的健康造成危害。
但是有一小部分病毒会感染我们使我们生病，
如流感病毒，登革热病毒，乙肝病毒等。
像人和动物一样，植物也会感染致命病毒。
接下来，
青年科学家卫静将带我们
解析植物病毒传播的“36计”！
卫静博士，现任福建农林大学植物保护学院植物病毒研究所副教授。2010年于安徽农业大学获得学士学位，2015年于浙江大学获得博士学位，并被评为浙江大学优秀毕业生。2015年7月至2017年12月于美国康奈尔大学从事博士后研究。长期从事植物-植物病毒-介体昆虫互作机制研究。近5年来以第一和通讯作者（含共同）在PNAS、 Nature Communications、 Journal of Virology和Current opinion in virology等期刊发表论文，参与发表SCI论文4篇。近年来在介体昆虫传播植物病毒机制方面取得了重要创新。研究获得了国家自然科学基金面上项目和福建农林大学校杰青项目的资助。入选了第四届中国科协青年人才托举工程项目的资助。
植物病毒传播“36计”
植物病毒病常被称为“植物癌症”，植物感染病毒后，植物的细胞和组织结构会发生变化，叶片表现出黄化、褪绿、坏死、枯斑、卷曲或者畸形的症状，还会出现长不高、木栓化等情况。
目前全世界已报道的植物病毒种类约1000种，由于缺少有效的防治措施，因此植物病毒病一旦流行，会对农业生产造成惨重损失。例如2008年云南呈贡番茄上暴发的番茄斑萎病毒病，导致番茄表面大面积出现黄斑，每公斤价格一分钱，种植户损失惨重。全世界每年因植物病毒导致的农作物损失在两三百亿美元左右。
①健康番茄（图片来源：Inlife）
②感染病毒的番茄（图片来源：Johnny's selected seeds）
其实植物病毒也有美丽的时候，也曾用于彰显显贵身份。郁金香是土耳其、荷兰和匈牙利等国的国花，花瓣有纯色，也有带缤纷的条纹，这种条纹使郁金香显得更奇异别致，曾让整个荷兰为之疯狂，贵族们认为这是一种高贵的花，可以突显他们的身份和地位。其实这种条纹是由于郁金香感染了病毒，导致花青素无法积累，因而出现了美丽的条纹。但病毒的感染会使郁金香花期严重缩短，花朵会早早凋零。让人意想不到，植物杀手也可以戴上美丽的面具行凶。
①健康郁金香（图片来源：Wikimedia Commons）
②感染病毒郁金香（图片来源：Wholesale Flower Bulbs）
小小病毒妙招多
植物本身不能移动，病毒也不能从生病的植物飞到健康的植物上。由于病毒是活体寄生的，而病毒感染植物后会导致植物死亡，病毒为了保证自己能够更好的延续自己的生命，会想尽一切办法向健康的寄主植物上扩散，建立新的家园。
在此过程中，自然界的小动物发挥了重要的帮凶作用。超过80%的植物病毒都会利用各种媒介生物进行传播，如昆虫（叶蝉、粉虱、蚜虫等）或螨类，病叶汁液，土壤中的线虫、真菌，种子、花粉，苗木和菟丝子等[1]。尤其以昆虫为介体传播的病毒种类最多，造成的危害范围最广，最为严重。
当植物感染病毒之后，病毒会采用一系列策略改变植物的气味，使植物变得对健康昆虫来说更具吸引力，这样健康虫子就会不由自主的飞过来吃植物，病毒就会伴随着食物进入昆虫体内，当虫子飞到健康植物上取食时，病毒会随着昆虫取食时吐出的唾液进入植物体内，导致植物疾病缠身[2]。植物在被病毒感染和虫子取食时也会像人一样产生免疫反应，这些免疫反应会使病毒和虫子活的不太愉快，甚至刻意清除病毒和毒死虫子。
聪明的病毒为了更好地利用虫子进行传播，会在感染植物后抑制植物的免疫反应，让虫子吃得更开心，生更多的虫宝宝，这样病毒就可以利用更多的虫子将自己传播出去[3]。此外，病毒还有绝招，它可以使感染病毒的虫子的食欲受到影响，感病的虫子会变得更喜欢吃健康的植物，这样大大促进了虫子对病毒的传播机会[4]。所以，病毒巧妙地通过改变昆虫的饮食喜好来使自己“子孙成林”。
▲图片来源：Mauck et al., 2012, Functional Ecology
植物病毒是搭顺风车的高手
当有些植物病毒到达昆虫体内后，仿佛来到了一处世外桃源，它非常喜欢昆虫体内的环境，想一直在里面生活下去。但是昆虫的寿命也是有限的，昆虫死亡的那一天病毒的末日就来了。病毒当然不能忍受这样的事情发生，因此它们也在不断探索建造自己的“诺亚方舟”。
它们发现昆虫虽然会死亡，但是昆虫在死亡前会生出非常多的昆虫宝宝，要是它们可以从昆虫爸爸妈妈直接传到昆虫宝宝体内，那就可以一直在这个世外桃源里面生活下去。虫妈妈在怀孕期间，体内的虫宝宝发育过程中会吸收妈妈体内的营养物质，病毒就会粘在这些营养物质上并随着一起进入卵巢进而侵染虫宝宝[5,6]。昆虫体内含有大量的生长发育必须的共生微生物，这些微生物可以被虫妈妈传给正在发育中的虫宝宝。虫宝宝胚胎在发育高峰期，大量微生物会进入卵巢被胚胎利用。病毒怎么可能错过这么大好的机会呢？所以，它们也会粘在这些共生微生物上，随同微生物一起侵入胚胎[7,8]。
植物病毒也可以通过虫爸爸传给虫宝宝，它们会粘在精子表面，在受精的时候传给虫宝宝[9]。这些虫宝宝出生就携带消灭植物的生化武器，在田间掀起一场场“灭顶之灾”。当冬天很少有农作物生长的时候，病毒通过在昆虫体内代代相传被有效地保存下来，等待来年春天有农作物生长的时候，病毒可以被昆虫传播至作物上。在病毒的繁衍生息过程中，昆虫可能也没意识到，自己在解决温饱问题的同时却充当了杀害植物的帮凶。
▲图片来源：Mao et al., 2019, Nature Communications
小心成为植物病毒传播的帮凶
近年来出国旅游乃是家常便饭，植物病毒主要潜伏在植物上，如果出境旅游的游客私下携带或邮寄植物种苗，很有可能会带入国内尚没有出现过的植物病毒，一旦通过某种途径侵入农作物，将严重危害我国的农业生产。
例如看似健康的郁金香球茎经常携带南芥菜花叶病毒，这种病毒为我国检疫性有害病原物，寄主范围广泛，能够侵染蔬菜、花卉、果树等多种经济作物[10]。因此拒之门外是最有效的预防控制手段，切勿使自己成为植物病毒传播的帮凶。
参考文献：
[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, 于翠, 吴翠萍, 粟寒, 曾义, 安榆林. 进境荷兰郁金香种苗中南芥菜花叶病毒的鉴定. 植物保护学报, 2010, 1:19-24.
今天，青年科学家卫静为我们带来的“植物病毒传播”的内容你都了解了吗？如果你有更多思考，欢迎留言区互动哟！
