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叛變啦!病毒在竹子上繁殖是因為有窩裡反

病毒是一種構造簡單的生物,它們所攜帶的基因並不足以讓他們能夠獨立存活;也因此,究竟病毒能不能算做生物,一直都是有爭議的。畢竟,病毒不能在宿主體外生長、繁殖。

當病毒進入倒楣的宿主體內以後,它們會借用(或者說佔用)宿主的基因來幫忙他們執行繁殖所需要的功能。這些被借用的宿主的蛋白,有的會協助病毒複製,有些則會幫忙把病毒帶到其他的細胞,以擴大病毒感染的範圍……自己的家被壞人入侵已經夠慘了,沒想到這些蛋白質們竟然還「為虎作倀」!究竟要說這群蛋白質傻得可以,還是要說,病毒真是厲害呢?

被竹嵌紋病毒(BaMV)感染的竹葉。圖/flikr @Scot Nelson

被竹嵌紋病毒(BaMV)感染的竹葉。圖/flikr @Scot Nelson

竹嵌紋病毒(Bamboo Mosaic Virus,簡稱BaMV)也是這些超厲害家族的一員。它的基因體由單股 RNA 構成,總共只會產生五個蛋白質,但卻能在台灣感染相當多的竹子。根據 1992 年的研究發現,台灣的竹子曾一度有九成都被它感染呢!被感染的竹子會因為光合作用降低影響竹筍的產量,而受感染的竹筍也會因為纖維化形成「筍釘」,影響口感。

因此,在台灣 BaMV 受到相當的重視。不過,雖然在實驗室裡以基因槍(particle bombardment)可以成功的感染竹子的新芽,但由於目前在自然界中,究竟它如何傳播並不清楚,且以其他模式都無法成功感染竹子,加上竹子的生命週期很長;因此目前的研究都是以菸草為模式植物(model plant)來進行研究。

科學家難直接以竹子做為實驗對象,而以生長周期較短的模式生物——菸草(Nicotiana tabacum)替代。圖/Joachim Müllerchen

科學家難直接以竹子做為實驗對象,而以生長周期較短的模式生物——菸草(Nicotiana tabacum)替代。圖/Joachim Müllerchen (CC-BY 2.5)

慈大生科鄭綺萍老師的研究團隊,最近在菸草中發現了一個稱為 NbRABG3f 的蛋白質。這個蛋白質在竹嵌紋病毒感染植物時,可能會將病毒帶到植物細胞內執行病毒複製的地方。

這個基因是怎麼找到的呢?綺萍老師的研究團隊經由與其他研究團隊的合作,比較受到竹嵌紋病毒感染與未受到感染的竹子的基因表現,從感染後一、三、五、七天的組織中選取表現量變異度較高的部分來選殖、定序之後,再由其中選出候選基因。

當初一共有五個基因片段進入候選,但是從真核生物裡面釣基因,絕對沒有「頭過身就過」這種事喔!釣上半年還在原地踏步也不是沒有發生過!筆者自己當年釣原核生物的基因就釣超久,而綺萍老師的研究生當年也是歷盡艱辛。由一開始的五個候選人中,最後剩下兩個,其中一個就是 NbRABG3f。當初負責釣基因的同學,如今已經遠赴海外並即將為人母,不知道回想起那時的艱辛,是否有滄海桑田之感?

釣到基因,是否就可以休息了呢?

才不是呢!接下來更有得忙!

綺萍老師的研究團隊分析它的序列後認為,NbRABG3f 可能是一個位於植物細胞膜上的、具有鳥糞嘌呤水解酶(GTPase)活性的蛋白質。由於這類的蛋白質大多與液泡(vesicle)在不同胞器間的運輸有關,因此他們在發現降低它的表現會使病毒在細胞內的量變低之後,便嘗試著進行點突變使 NbRABG3f 無法水解 GTP,或是把一段關鍵的蛋白質序列切掉,使它無法鑲嵌入細胞膜。結果發現,不管是點突變還是切掉序列,都會讓 BaMV 在植物細胞內的數量降低,顯示了這個蛋白質對竹嵌紋病毒的重要性。

竹子在台灣是很重要的農作物,不論是竹筍、竹葉或竹子本身,都與我們的生活息息相關;綺萍老師希望未來可以由研究 NbRABG3f 找到抑制 BaMV 感染的方法,幫助農民種出更多好吃的竹筍,提升竹子的產量與品質。

參考文獻

1. Lin N.S., Lin F.Z., Huang T.Y. and Hsu Y.H. 1992. Genome properties of Bamboo mosaic virus. Phytopathology. 82: 731-734.

2. Huang Y.-P. et al., 2015. NbRABG3f, a member of Rab GTPase, is involved in Bamboo mosaic virus infection in Nicotiana benthamiana. Molecular Plant Pathology. DOI: 10.1111/mpp.12325


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