植物病毒株系间交互保护和遗传工程交互保护
出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第1041页（4605字）
Mokinney(1929)发现病毒株系间存在交互保护作用，即植物系统性感染病毒的某一株系后，可以免受同一种病毒其他株系侵染。
这一发现开创了植物病毒学研究的新领域。
株系间的交互保护作用 株系间的交互保护作用是株系相互作用的一种方式，现已发现存在于许多病毒种株系间。但随着株系间也可能没有交互保护作用。Yeh和Consalves(1984)通过化学诱变从夏威夷野生型番木瓜环斑病毒株系中获得了弱毒株系HA5－1，这一弱毒株系对夏威夷PRV株系有较高程度的保护作用，目前已在生产上广泛应用；但是HA5－1的保护作用在不同地方应用表现不同。
一般认为：交互保护作用仅仅发生在亲缘关系密切的株系间，而在亲缘关系较远的株系间只有微弱的，甚至没有交互保护作用。
株系间交互保护作用的机理：(1)通过竞争病毒复制中可能利用的病毒复制酶和复制位点来阻止后侵入病毒的复制；(2)先侵入病毒和后侵入病毒的RNA通过互补等作用而可能导致了交互保护；(3)病毒衣壳蛋白直接或间接参与了交互保护作用。这3个基本原理间并不相互排斥。因此可以认为交互保护作用可能是其中一点或二点、甚至是全部综合作用的结果。
目前认为在交互保护作用中，衣壳蛋白可能扮演了十分重要的角色。概括起来，衣壳蛋白的作用可能有：(1)减少病毒侵染和复制的位点；(2)抑制侵入病毒的脱壳；(3)在病毒侵染早期阻止病毒Striposomes的形成和发挥其功能作用。
遗传工程交互保护
1．利用病毒来源的抗病基因进行基因工程的途径及抗性机理。1980年，Hamilton根据病毒株系间的保护机理，提出代表单一病毒保护基因(如外壳蛋白基因)克隆的cDNA如果能在转化的植物细胞中表达，那么这种表达可能导致对植物的直接或间接的保护反应，从而抵抗攻击株系的侵染。
1986年Powell等首次获得表达TMV外壳蛋白基因的转基因植物后，Hamilton的设想就变为现实。1987年Nelson等首次提出：将这种转基因植物获得的对其相关病毒的侵染和复制等抗性称为遗传工程交互保护作用，随后这一概念得到广泛的支持。目前利用病毒来源的抗病毒基因进行抗病毒基因的构建和在植物中的表达主要有7条途径：(1)利用病毒外壳蛋白基因抑制病毒侵染；(2)利用反意RNA阻断病毒复制；(3)利用无翻译能力的正意RNA干扰病毒复制；(4)利用卫星RNA干扰病毒复制；(5)利用复制酶基因干扰病毒复制；(6)利用转移蛋白基因限制病毒在植物体中的运转；(7)利用Ribozyme裂解病毒基因组。
利用病毒外壳蛋白基因介导的遗传交互保护作用应用得最广、成功的报道最多，所涉及14个病毒分类组中至少19种病毒。这些众多的转基因植物在实验室条件下，都表现了对各自病毒的抗性，其中表达TMV衣壳蛋白基因的番茄、表达PVX和PVY衣壳蛋白基因的马铃薯，表达ToMV衣壳蛋白基因的番茄和表达TMV和CMV衣壳蛋白的双抗转基因烟草在大田的抗性与在实验室测定的结果相一致。
利用反意RNA片段封闭病毒基因组上重要的片段，如病毒复制酶结合位点、病毒装配位点，核糖体结合位点，从而阻断病毒复制，这在理论上是完全可行的。
但从目前世界上利用此途径的报道来看，只有个别效果好。Lindbo和Dougheriy(1992)构建了EV的反意衣壳蛋白RNA嵌合基因，所获得的表达反意衣壳蛋白RNA序列的转基因植物，能够延迟或减轻症状发生，甚至达到无症的抗性程度。
利用无翻译能力的正意RNA干扰病毒复制，是近几年发展起来的新途径。
Lindbo和Dougherty(1992)利用移码突变获得TEV无翻译衣壳蛋白能力的正意RNA，其转基因烟草植株对TEV的侵染表现高抗和免疫。
已知有些植物病毒，如CMV、TAV、TRSV存在卫星RNA，而大多数卫星RNA可干扰同源病毒的复制而减轻症状。其中CMV和TRSV的卫星RNA基因被合成并转入烟草和番茄，使之获得了耐病或抗病性。
利用复制酶基因干扰病毒复制也是一种较新的途径。Golemboski等(1990)将构成TMV复制酶之一的54KDa蛋白基因(来源于TMV-U1)转化烟草，用TMV-U1接种后48天都无症，而且在接种叶也探测到病毒的存在，用高浓度的TMU1和它的RNA接种也表现高抗；但用TMV-U2、TMV-L1或CMV接种，转基因植株则不表现抗性。类似的结果还在PVX、PEBV上取得成功。
利用转移蛋白基因限制病毒在植物体的转转．以及利用Ribozyme裂解病毒基因组的途径，目前正在探索试验阶段．未见成功的报道。
2．转基因植物对不同种病毒和株系的抗性表现。通过克隆一个株系的衣壳基因而获得的转基因植物的抗性测定结果表明：抗性存在于克隆株系或与克隆株系相关的株系间，而对亲缘关系较远的株系或非相关病毒只有较弱、极弱或没有抗性。
Anderson等(1989)获得了表达TMV-U1或AIMV的衣壳蛋白转基因烟草后，进行了不同株系和非相关病毒的攻击接种，结果表明：表达TMV-U1株系衣壳蛋白的烟草对TMV-U1的侵染有较高的抵抗力，而对分离于豇豆的cc-TM株系的侵染，其抵抗力显着降低，对于非相关病毒PVX、PVY、CMV、AIMV的侵染，基本上没有抵抗力。同样表达AIMV衣壳蛋白的转基因植物，其抗性测定的结果与此相似。Van Dun等(1988)将AIMV、TRV、TSV的衣壳蛋白基因和突变的AIMV衣壳蛋白基因导入烟草，表达正常衣壳蛋白基因的植株对各自克隆的株系的病毒粒子都表现高抗，但对其它种病毒(非克隆病毒)的侵染则没有抗性，甚至表达突变AIMV衣壳蛋白基因的烟草也丧失了对AIMV的抗性。
Tumer等(1991)认为这种抗性的丧失是AIMV衣壳蛋白第2年氨基酸突变的结果，他指出AIMV衣壳蛋白的第2个氨基酸是衣壳蛋白介导的遗传交互保护作用的关键。
Sanders等(1992)将表达TMV-U1株系和ToMV-c株系的衣壳蛋白的转基因番茄在大田试验中，分别用TMV两个株系(U1和Pv230)，以及ToMV4个株系(L，Epcot，C，Aucuba)攻击接种，表达TMV-U1衣壳蛋白基因的番茄对U1和亲缘关系密切的Pv230表现高度抗性，而对ToMV的4个株系具有极低或没有抗性。对ToMV-C衣壳蛋白的转基因番茄，对ToMV-C和Epcot表现抗性，但对另两个株系L和Aucuba没有抗性。
Namba等(1991)和Quemada等(1991)对表达CMV不同株系衣壳蛋白基因的转基因植物用不同的CMV株系攻击接种，结果也表明了转基因植物的抗性强弱基本上是由攻击株系和克隆株系亲缘关系的强弱来决定的。
遗传工程交互保护作用是十分复杂的。
表达某些病毒衣壳蛋白基因的转基因植物对同组的其它种病毒也显示了较高程度的抗性。表达SMV衣壳蛋白基因的烟草植株能够抗TEV和PVY病毒的侵染；表达PRV衣壳蛋白基因的烟草植株对TEV、PVY和PeMV的侵染显示了较高的耐病性。表达WMVⅡ和ZYMV衣壳蛋白的转基因烟草对BYMV、PeaMV、CYVV、PeMV和TEV都有不同程度的抗性，其中表达WMVⅡ衣壳蛋白基因比表达ZYMV衣壳蛋白基因的抗性高。这些结果表明：表达马铃薯Y病毒组中某一病毒的衣壳蛋白基因的转基因植物，当用同组的基它病毒攻击接种时，在一定程度上能够延缓病状的发展。这种仅限于马铃薯Y组内对非相关病毒所表现出的遗传交互保护现象似乎有异于传统的株系间交互保护现象。Lindbo和Dougherty(1992)构建了TEV C－端和N端以及C－端和N－端都截短的衣壳蛋白基因，其获得的表达变异衣壳蛋白基因的转基因植物，比表达全长衣壳蛋白基因的转基因植物具有对TEV更强的抗性。
他们指出在植物中表达的变异衣壳蛋白使攻击病毒的功能紊乱，特别是抑制病毒的系统运转。这一理论认为：在马铃薯Y组中这种宽广抗性的原因可能在于一种病毒的衣壳蛋白的表达对另一种病毒是异源的，这种异源的衣壳蛋白相当于TEV截短的衣壳蛋白，这样一种病毒的衣壳蛋白的基因的表达破坏了另一种病毒的正常生理功能，从而使另一病毒失去或减弱了对表达马铃薯Y组中某一病毒衣壳蛋白的转基因植物的侵染能力。
。【参考文献】：1 Yeh S D,et al. Phytopathol. 1984,74:1086 - 1091
2 Harrison B D,et al. Nature, 1987,328:799～801
3 Gerlach W L,et al. Nature,1987,328:802～804
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6 Colemboski D B,et al. Proc Natl Acad Sci USA, 1990,87: 6311
7 Turner N M,et al. Proc Natl Acad Sci USA,1991,88:233
8 Namba S,et al.Gene,1991,81:794
9 Quemada H D.et al. Phytopathol,1991,81:794
10 Ling K,et al. Bio/Technology,1991,9:752
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(安徽省农业科学院罗守进撰)