一篇新的評(píng)論文章強(qiáng)調(diào)了植物病毒的進(jìn)化和生態(tài)學(xué)。一組生物學(xué)家正在探索病毒動(dòng)力學(xué)的許多細(xì)節(jié)。他們描述了病毒感染過程的三個(gè)組成部分，病毒本身，被病毒感染的植物細(xì)胞宿主以及充當(dāng)中間人的載體之間的微妙相互作用 - 一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)演變了大約4.5億年。病毒群體非常龐大。占據(jù)每一個(gè)可以想象的生物生態(tài)位，從灼熱的海底通風(fēng)口到寒冷的苔原，這些神秘的入侵者，在惰性物質(zhì)和生命之間徘徊，環(huán)繞著數(shù)百萬億的環(huán)球。它們是地球上最豐富的生命形式。

病毒被公認(rèn)為是巧妙的病原體，它們侵入的一切都會(huì)導(dǎo)致疾，包括幾乎所有的細(xì)菌，真菌，植物和動(dòng)物。然而，病毒學(xué)領(lǐng)域的最新進(jìn)展表明，病毒比先前所認(rèn)識(shí)的更為重要和復(fù)雜，并且可能對(duì)多種生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)作至關(guān)重要。

我們現(xiàn)在知道人類含有大約100,000個(gè)病毒DNA元素，占我們基因組的8%左右。關(guān)于這些古老病毒片段的作用的猜測(cè)范圍從防止疾病到增加患癌癥或其他嚴(yán)重疾病的風(fēng)險(xiǎn)，盡管研究人員承認(rèn)他們幾乎沒有觸及這個(gè)謎團(tuán)的表面。

“自然評(píng)論微生物學(xué)”雜志上發(fā)表的一篇新評(píng)論文章強(qiáng)調(diào)了植物病毒的進(jìn)化和生態(tài)學(xué)。亞利桑那州立大學(xué)生物設(shè)計(jì)研究所的研究員Arvind Varsani加入了一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)，探索病毒動(dòng)態(tài)的許多細(xì)節(jié)。他們描述了病毒感染過程的三個(gè)組成部分，病毒本身，被病毒感染的植物細(xì)胞宿主以及充當(dāng)中間人的載體之間的微妙相互作用 - 一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)演變了大約4.5億年。所有這三個(gè)要素都嵌入在周圍生態(tài)系統(tǒng)的更廣泛關(guān)系中。

最近在病毒學(xué)領(lǐng)域的研究表明，病毒有時(shí)對(duì)它們感染的生物有益。“在此之前，人們一直將病毒視為引起疾病的實(shí)體，”瓦爾薩尼說。“這打破了我們?nèi)绾窝芯坎《镜乃薪虠l。我們有一個(gè)部分，我們審查共生和共生，以及一些共生關(guān)系是如何解耦的。”

難以捉摸的流浪者

1892年，俄羅斯植物學(xué)家德米特里·伊萬諾夫斯基(Dmitry Ivanovsky)進(jìn)行了一項(xiàng)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，對(duì)科學(xué)和醫(yī)學(xué)產(chǎn)生了重大影響。他從患病的煙草植物中采集樹液，通過非常細(xì)小的毛孔喂養(yǎng)該物質(zhì)，并證明這種過濾后的液體可以感染健康的煙草植物。過濾確保無論致病實(shí)體是什么，它都比細(xì)菌更小。荷蘭植物專家和微生物學(xué)家Martinus Beijerinck將這種神秘的致病物質(zhì)稱為病毒，盡管它的真實(shí)形態(tài) - 光學(xué)顯微鏡看不見 - 僅在1931年出現(xiàn)，隨著電子顯微鏡的發(fā)明。一種稱為煙草花葉病毒的棒狀植物入侵者已經(jīng)顯露出來 - 這是有史以來第一種病毒。從那時(shí)起，已經(jīng)確定了數(shù)千種不同的物種，

實(shí)際上，即使是什么構(gòu)成病毒的問題也沒有單一的答案。它們的大小差異很大，從攜帶少量基因的埃博拉病毒到最近發(fā)現(xiàn)的巨型病毒。與一些大小的細(xì)菌相比，巨型病毒可攜帶翻譯所需的機(jī)器元素，使其作為非生物體的地位受到質(zhì)疑。

“我現(xiàn)在看待病毒的方式來自哲學(xué)角度，”瓦爾薩尼說。“它們是一個(gè)動(dòng)態(tài)的實(shí)體，它們有多種生活方式，從基本的，病毒完全依賴主機(jī)進(jìn)行復(fù)制，到某些只能部分依賴主機(jī)的情況。”因?yàn)橐恍┎《究梢匀绱搜杆俚剡M(jìn)化，交易和獲取新的遺傳元件，它們的基因組可以變成嵌合體甚至是片段化的，使得它們的適當(dāng)分類成為病毒學(xué)領(lǐng)域的嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

從生態(tài)學(xué)的角度來看，植物病毒由于多種原因而特別重要。植物占地球生物量的80%以上，對(duì)地球多樣化的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響大于感染其他生命王國(guó)的病毒。植物病毒對(duì)糧食作物和觀賞植物具有明顯的重要性，一系列病毒每年造成全球約600億美元的作物損失。

為了捕捉地球病毒世界的驚人豐富性，研究人員已經(jīng)超越了確定單個(gè)病毒顆粒并對(duì)其進(jìn)行分析的早期方法。metaviromics的技術(shù)用于探測(cè)它們包含的全部病毒的環(huán)境。該方法依賴于將來自環(huán)境樣品的多個(gè)DNA或RNA基因組拼接在一起，最近已被用于鑒定大量先前未記錄的病毒。在植物病毒的情況下，這些病毒片段通常從昆蟲載體中提取，所述昆蟲載體將病毒從植物運(yùn)送到植物。

新方法揭示了一堆新病毒

Metaviromic測(cè)序是一種用于研究病毒群落的特別有效的技術(shù)。與細(xì)胞生命不同，細(xì)胞生命具有單一的共同起源，病毒是多系的，這意味著它們是多種起源的結(jié)果。尚未鑒定出所有病毒共有的單一基因。雖然已經(jīng)在病毒衣殼中觀察到常見的蛋白質(zhì)基序，但這些可能是趨同進(jìn)化或水平基因轉(zhuǎn)移的結(jié)果，而不是遺傳元件。

metaviromics的策略對(duì)于梳理植物，載體和病毒之間的共生關(guān)系及其隨時(shí)間變化的關(guān)系特別有用。由于病毒學(xué)開始以來的大量研究一直側(cè)重于病毒作為人類和植物中的致病因子，病毒，載體和宿主之間的共生相互作用的性質(zhì)和程度很可能不足。

作者推測(cè)，病毒可能通過限制包括作物在內(nèi)的遺傳同質(zhì)植物的生長(zhǎng)，在維持生物多樣性和幫助植物適應(yīng)環(huán)境方面發(fā)揮重要作用。病毒生態(tài)學(xué)的新研究試圖了解病原體和共生相互作用的程度和重要性。感染鏈中一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)是特定昆蟲載體的行為及其病毒傳播方式，盡管還有許多其他因素發(fā)揮作用，包括營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，水資源，熱和冷脅迫以及不利的土壤條件。

病毒中介

載體在植物病毒世界中發(fā)揮著巨大的作用。與動(dòng)物病毒不同，植物病毒通常不通過感染和未感染個(gè)體之間的直接接觸傳播。相反，植物病毒通過載體(特別是昆蟲)以及通過花粉和種子傳播。

據(jù)信病毒傳播模式在病毒對(duì)其宿主的作用中起作用。如果病毒通過種子或花粉傳播，病毒應(yīng)該限制其對(duì)宿主植物繁殖成功的有害影響，甚至可能比未感染的植物具有適應(yīng)性優(yōu)勢(shì)。

從父母到子代植物的病毒傳代被稱為垂直傳播。相反，當(dāng)昆蟲載體將病毒從植物轉(zhuǎn)移到植物時(shí)，發(fā)生水平病毒傳播。這種媒介傳播的攻擊對(duì)受感染的植物來說可能更加無情，只需要確保它們繼續(xù)傳播到適當(dāng)數(shù)量的健康植物，以使病毒獲得成功。

多種載體可傳播植物病毒，包括蛛形綱動(dòng)物，真菌，線蟲和一些原生生物，但超過70%的已知植物病毒是由昆蟲傳播的，大多數(shù)來自半翅目，包括蟬，蚜蟲，稻飛虱，葉蟬。和盾蟲。

這種昆蟲可以利用構(gòu)造用于刺穿和提取樹液或植物細(xì)胞材料的口器。植物病毒的昆蟲傳播可以通過在感染植物上攝食后在唾液中排泄病毒顆粒而發(fā)生?；蛘撸参锊《究梢杂谰玫亟Y(jié)合到昆蟲的唾液腺中，允許載體在整個(gè)昆蟲的一生中將病毒傳播到新的植物。

有趣的是，許多昆蟲傳播的植物病毒可能已經(jīng)進(jìn)化出影響載體行為的機(jī)制，使受感染的植物對(duì)吸食昆蟲更具吸引力，或確保受感染的植物產(chǎn)生促進(jìn)昆蟲行為的化學(xué)物質(zhì)，這有助于促進(jìn)傳播。

除了復(fù)雜多變的感染鏈外，一些植物病毒還具有另一種獨(dú)特的特性。這些病毒以多個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸其基因組，每個(gè)數(shù)據(jù)包僅包含部分病毒的完整遺傳密碼，封裝在單獨(dú)的病毒顆粒中。這種特殊的策略需要將幾種病毒顆粒共同傳播到新宿主以確保病毒基因組的完整性，這是一種被認(rèn)為是植物病毒獨(dú)有的特征。這些所謂的多方病毒的性質(zhì)和進(jìn)化仍然是一個(gè)生物學(xué)難題。

植物病毒在其策略中顯示出相當(dāng)大的獨(dú)創(chuàng)性，這些策略高度依賴于其給定的環(huán)境。有些是通才，入侵多個(gè)物種，而其他病毒是偏向于窄范圍植物宿主的專家。這種選擇性可能通過稱為自適應(yīng)輻射的過程隨時(shí)間發(fā)展。這通常發(fā)生在病毒面臨異質(zhì)棲息地并變得適應(yīng)性專門化以利用特定生態(tài)資源同時(shí)變得不適合利用其他生態(tài)資源時(shí)。這種專業(yè)化的作用是限制不同病毒譜系或物種之間的競(jìng)爭(zhēng)?；蛘撸ú挪《靖腥径鄠€(gè)植物宿主，但必須與其他病毒競(jìng)爭(zhēng)這些資源。這種情況往往導(dǎo)致病毒群體的低多樣性由最急劇適應(yīng)的病毒基因型占主導(dǎo)地位。

病毒的到來

雖然研究人員認(rèn)為病毒缺乏一個(gè)共同的祖先，但是他們?nèi)绾?以及何時(shí))出現(xiàn)在生命網(wǎng)絡(luò)中的詳細(xì)圖片仍然存在爭(zhēng)議。三種常見的假設(shè)爭(zhēng)奪主導(dǎo)地位作為解釋性框架，盡管它們并不相互排斥。也許病毒是從自由活細(xì)胞進(jìn)化而來的，正如權(quán)力下放或回歸假設(shè)所說的那樣。它們也可能源自以某種方式逃離活細(xì)胞的RNA和DNA分子?；蛘撸《究赡茉?jīng)作為與細(xì)胞一起進(jìn)化的自我復(fù)制實(shí)體存在，最終失去其獨(dú)立狀態(tài)。

正在進(jìn)行的病毒多樣性的metaviromic研究正在幫助揭示病毒之間的基礎(chǔ)關(guān)系，并確定許多植物，真菌和節(jié)肢動(dòng)物病毒的共同起源。對(duì)未來特別關(guān)注的是，地球生態(tài)系統(tǒng)中人類造成的破壞，正在以地球歷史上前所未有的速度發(fā)生，正在改變病毒，媒介和宿主關(guān)系。

這些破壞的影響可能是培養(yǎng)具有在宿主中引起疾病??的能力提高的突發(fā)病毒。隨著生態(tài)社區(qū)通過人類土地利用的變化而變得更緊密地交織在一起，現(xiàn)有的互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)突然轉(zhuǎn)變，這些互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)化時(shí)間上起作用以穩(wěn)定宿主與本地載體和病毒的關(guān)系。進(jìn)入這種被破壞的生態(tài)系統(tǒng)的任何致命實(shí)體更有可能迅??速在人群中傳播并積極地掃過不同的生物。人類和植物種群的未來健康和可持續(xù)性將受益于對(duì)管理最普遍存在的病毒 - 那些定植植物的許多微妙的相互關(guān)系的更好理解。