文 | 十一情报局

(资料图)

编辑 | 十一情报局

花椰菜花叶病毒科成员也被称为植物副逆转录病毒，该科多数成员可以将病毒序列整合到植物基因组中。

这些整合序列被称为内源性副逆转录病毒，该科是目前已知含有最丰富内源性副逆转录病毒的病毒科。

图1

随着研究技术的进步，在一些寄主植物，如柑橘、矮牵牛、甜菜、红树莓、山药、可可、水稻和香蕉等基因组中不断发现内源性副逆转录病毒。

少数内源性副逆转录病毒可以从寄主基因组中游离出新病毒。

图2

目前已知在特定情况下能从寄主基因组中游离出侵染性病毒的内源性副逆转录病毒有侵染烟草的烟草脉明病毒。

侵染矮牵牛的矮牵牛脉明病毒和侵染香蕉的香蕉线条病毒，但是大多数植物基因组中的内源性副逆转录病毒不能产生游离病毒。

图3

香蕉线条病毒是危害香蕉生产的主要病毒之一，属于花椰菜花叶病毒科杆状病毒属。

病毒粒体为杆状，其基因组为6.8~9.2kb的环状双链DNA，由3个开放式阅读框组成，杆状病毒ORF1和OFR2编码的蛋白与病毒粒子装配有关。

ORF3编码一个多聚蛋白，包含运动蛋白、外壳蛋白、天冬氨酸蛋白酶、逆转录酶和核糖核酸酶H，其中RT/RNaseH编码序列高度保守。

本文对侵染香蕉的整合态香蕉线条病毒（即内源性副逆转录病毒）的游离机制、调控机制及其生物学意义等进行综述，以期为寄主/整合态病毒的研究提供参考。

图4

●—≺整合态香蕉线条病毒≻—●

香蕉植株中香蕉线条病毒有游离态和整合态两种形态。

游离态来源于外界侵染，或由活性整合态游离出来，或由亲代香蕉垂直传播，整合态香蕉线条病毒即内源性副逆转录病毒，分为活性整合态和无活性整合态。

这些整合态香蕉线条病毒仅存在于香蕉B基因组中。

图5

本研究团队发现大量香蕉内源性杆状病毒序列存在于不同香蕉品种中，并且其分布与香蕉基因型有关，活性整合态香蕉线条病毒在香蕉基因组中存在片段化和重排现象，每个整合态香蕉线条病毒基饶雪琴。

李华平整合态香蕉线条病毒研究进展因组都比相应香蕉线条病毒基因组大，且至少包含一个相应香蕉线条病毒全长基因组，才能从中游离出侵染性香蕉线条病毒。

图 6

整合态香蕉线条病毒整合的主要机制是非同源重组，在逆转录过程中模板转换也是其整合的途径之一。

目前已知香蕉eBSOLV、eBSIMV和eBSGFV主要存在于香蕉B基因组中，在二倍体香蕉PKW中存在不同整合态香蕉线条病毒。

其中eBSOLV和eBSGFV分别有两个不同的等位基因，即eBSOLV-1/eBSOLV-2和eBSGFV-7/eBSGFV-9。

而eBSIMV有两个结构相同的等位基因，但是只有一个等位基因能产生游离病毒，不同整合态香蕉线条病毒定位于香蕉不同染色体上。

eBSOLV和eBSGFV定位于PKW染色体1的不同区域，而eBSIMV定位于PKW染色体2上。

整合态香蕉线条病毒从香蕉基因组中游离出病毒和一定的胁迫有关，当香蕉在组织培养、杂交育种或温度变化等情况下，寄主基因组中整合态香蕉线条病毒容易被激活，产生相应游离病毒。

游离出的病毒具有侵染活性，可使香蕉表现出线条病毒病症状，并通过组培将病毒传递给后代；游离出的病毒也可以通过粉蚧在不同香蕉植株中传播。

图 7

目前普遍认为，香蕉基因组中香蕉线条病毒的游离与整合态香蕉线条病毒同源重组有关。

Iskra-Caruana等根据整合态香蕉线条病毒的复杂结构，将eBSGFV-7基因组分成6段（Ⅰ~Ⅵ），从香蕉基因组中eBSGFV释放游离BSGFV经历了两步链内同源重组，产生了环状BSGFV。

第一次重组发生在两个642bp反向重复序列之间，这两个反向重复序列相距6942bp，这种分子内重组导致内部序列倒置，使基因Ⅱ和Ⅴ并列。

经历Rec1后产生了一个全长线性BSGFV基因组，其基因组中3个ORF方向相同。

该病毒基因组两侧各有一个633bp的直接重复序列，其将参与第二次重组（Rec2），Rec2产生7324bp的eBSGFV-7残留在香蕉基因组中，并切除或弹出类似于BSGFV的环状病毒。

在eBSGFV游离模型中，只有基因Ⅱ和Ⅴ参与了病毒游离。

eBSGFV-7中的基因Ⅱ和Ⅴ序列没有发生任何导致病毒功能丧失的突变，而eBSGFV-9却不同，因此只有eBSGFV-7能游离出侵染性BSGFV。

根据eBSOLV在香蕉B基因组的分子特征，Chabannes和Iskra-Caruana也提出了eBSOLV-1游离出侵染性BSOLV的设想，Chabannes等将eBSOLV-1基因组分成8段（Ⅰ~Ⅷ）。

经二次HR游离出侵染性BSOLV，第一次HR（Rec1）发生在间隔3329bp的两个长为1799bp反向重复基因序列之间。

Rec1使Ⅵ基因翻转/倒置，形成ORF1、ORF2和ORF3方向相同的线状BSOLV全长基因组，基因组两侧分别包含参与第二次HR（Rec2）的1141bp直接重复序列。

Rec2切除或弹出类似于BSOLV的环状病毒用于BSOLV复制，并在香蕉基因组中残留7389bp的eBSOLV-1。

在eBSOLV游离过程中，BSOLV的8段基因中只有基因Ⅴ和Ⅵ参与eBSOLV激活，这两个基因序列都不包含引起病毒功能缺失的突变。

在释放出的游离BSOLV基因组中也存在基因Ⅵ，从而证实了BSOLVHR游离的设想。

虽然不同整合态香蕉线条病毒的激活潜能在不同香蕉栽培品种和基因型之间有所不同，但是都需要经历两次HR，才能完成病毒游离。

在参与激活基因序列不发生功能性突变的前提下，经第1次HR后，病毒基因片段通过重组倒置，产生3个ORF方向一致的线状全长香蕉线条病毒基因组。

经第2次HR才能释放出侵染性香蕉线条病毒，尽管激活整合态香蕉线条病毒两次HR的大概过程已比较清楚。

但是具体哪些蛋白参与了这个过程，尤其是第2次同源重组后新病毒游离的过程，还需要进一步研究予以明晰。

●—≺整合态香蕉线条病毒调控机制≻—●

整合态病毒的存在改变了寄主的某些功能，Iskra-Caruana等的研究表明寄主基因组中整合态病毒赋予寄主抗病毒特性。

由于亲本携带了整合态病毒（内源性副逆转录病毒），大多数寄主植物，如矮牵牛、烟草和香蕉的种间杂交后代没有被病毒感染。

这表明寄主植物对整合态病毒（内源性副逆转录病毒）存在多种调控机制，如基因遗传、表观遗传等调控机制，基因遗传是寄主植物中整合态病毒主要的调控机制。

香蕉通过遗传调控整合态香蕉线条病毒，Lheureux等（2003）将携带整合态香蕉线条病毒但无病的二倍体B基因组香蕉和无整合态香蕉线条病毒无病的四倍体A基因组香蕉（AAAA）作为亲本进行杂交，得到三倍体（AAB）杂交一代（F1）。

鉴定了10个与香蕉B基因组有关的扩增片段长度多态性标记，并分析了F1中香蕉线条病发生情况。

发现3个AFLP标记出现在未被BSOLV侵染的香蕉中，7个AFLP标记与BSOLV侵染有关，表明这些AFLP标记物与BSOLV侵染有关。

基因连锁遗传图谱和测交实验证明了F1香蕉基因遗传与BSOLV侵染有关，这些研究结果说明香蕉B基因组中整合态香蕉线条病毒受遗传基因控制，并且是由单基因控制。

在这种抗性机制中，内源性副逆转录病毒低水平转录使寄主能抵御同源病毒侵染，在矮牵牛和番茄中已观察到内源性副逆转录病毒低水平的转录和产生的siRNA（，所诱导的同源依赖性RNA沉默靶向矮牵牛中的PVCV和番茄中的TVCV。

图 15

当然，植物病毒编码的沉默抑制因子可以避开植物防御系统，帮助病毒复制。

这增加了寄主植物—病原互作的复杂性，饶雪琴，李华平.整合态香蕉线条病毒研究进展上述基因沉默机制也适用于香蕉对整合态香蕉线条病毒的调控。

香蕉对整合态香蕉线条病毒调控还与杂合体香蕉中B基因组的倍性有关，即携带整合态香蕉线条病毒的单倍B基因组香蕉（AB、AAB、AAAB）比二倍BB基因组香蕉（ABB、AABB）更容易感染香蕉线条病毒。

即使在有利于整合态香蕉线条病毒游离的情况下，也未发现二倍BB基因组香蕉（ABB、AABB）被游离出的香蕉线条病毒侵染。

因此，推测整合态香蕉线条病毒的表观遗传调控对香蕉B基因组有剂量依赖性，即拥有二倍BB基因组的香蕉（ABB、AABB）能产生更高水平的siRNA，为香蕉提供更好的保护作用，但是也不排除杂合体香蕉中香蕉线条病毒单基因表达位点。

●—≺展望≻—●

整合态病毒也可能是一种全新的植物病毒传播方式，大多数寄主植物中整合态病毒激活的可能性不高，但香蕉是个例外。

虽然由整合态病毒游离出完整的病毒存在一定的外在限制因素，但是这些因素如组织培养、常规杂交、温度变化等是香蕉生产和育种过程中的常规操作。

因此从香蕉基因组中游离出侵染性病毒，是香蕉新品种培育和香蕉生产中的严重障碍。

目前整合态香蕉线条病毒只在香蕉B基因组中发现，在育种时应尽量采用A基因组香蕉，可以避免整合态香蕉线条病毒从基因组中游离出来侵染香蕉，造成香蕉线条病毒病害在子代中传播扩散。

总之，控制好整合态病毒的游离可以防止激活的游离病毒引起香蕉线条病害大流行，这对于香蕉生产和育种工作至关重要。

虽然有关整合态病毒的研究越来越多，但仍有许多问题有待进一步解决，如病毒的整合是由病毒传播引起，还是寄主为了控制病毒入侵而产生。

此外香蕉基因组中整合态香蕉线条病毒的存在是否会对香蕉细胞或组织中游离香蕉线条病毒的复制产生干扰等，由于整合态香蕉线条病毒在香蕉基因组中的特殊性。

因此，香蕉—整合态香蕉线条病毒系统是研究植物—病毒共同进化以及相互作用很好的模型，相关的研究结果既有助于加深对香蕉—整合态香蕉线条病毒进化和互作的理解，又有利于培育具更好品质的品种。