山东农业大学教授原雪峰深耕植物病毒 破冰前沿科技

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山东农业大学教授原雪峰：
深耕植物病毒破冰前沿科技
■文/李伟宁
我国是农业大国，小麦作为我国主要的粮食作物之一，在保障粮食安全方面具有重要作用。

然而，我国冬小麦产区 的种植者却备受小麦黄花叶病毒WYMV导致的黄花叶病毒 病的困扰。

这种被称为冬小麦“流感”的病毒，其特点是年 前侵染小麦，第二年开春小麦表现出黄花叶的症状，初期小 麦叶片出现黄化，接着出现黄色条纹，不仅会让小麦严重矮 化，还会减产20%~30%，对小麦生产危害极大。

即使是农 业科技非常发达的今天，仍没有防治黄花叶病毒病的有效药 剂。

在这种情况下，山东农业大学教授原雪峰带领他的团队 展开了更加深入的研宄，希望在小麦黄花叶病等病毒病的防 治上取得突破性进展。

另辟蹊径，揭开黄花叶病毒形成机制
由于当前没有有效治疗黄花叶病的药剂，因此，业界一 般更关注于筛选抗病品种，但是即使筛到一些抗病品种，由于受地域、气候以及病毒株系等因素的影响，在生产上对这种病毒也很难有明显的治疗效果。

所以说，一旦侵染黄花叶 病，基本上是束手无策的。

基于这一现状，原雪峰和团队想到，能否通过明确这种 病毒是如何在植物体内高效表达的蛋白机制，从而抑制其高 效表达蛋白，进而达到降低这种病毒病危害的目的呢？
信使核糖核酸（mRNA)决定着肽链的氨基酸排列顺序，是指导蛋白质生物合成的直接模板。

mRNA的帽子结构可增 加其稳定性，保护其免遭核酸外切酶的攻击。

帽子结构还是 蛋白质翻译的重要元件，翻译工厂一一核糖体就是识别帽子 从而开始翻译蛋白。

然而，绝大多数RNA病毒不具有帽子 结构，核糖体要识别蛋白质翻译的模板，必须在病毒RNA 找到精确的落脚点。

小麦黄花叶病毒基因组本身没有帽子结构，但又可以在 小麦体内高效表达其蛋白，这一现象说明WYMV—定存在 着一个不依赖帽子结构的蛋白翻译调控机制。

在这一推理的 基础上，原雪峰和课题组进行了深入研宄，研宄到底是基因
2020年第9期》中国高新科技
TJ
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组中的哪些部分形成了特殊的RNA结构，从而去调控病毒 蛋白的翻译。

因为一旦能够明确这一结构，从而针对其开发 一些小分子物质，去改变这个结构，该病毒也就不会大量表 达自己的蛋白，最终达到防治这一病毒病的目标。

原雪峰和团队在研宄中发现，小麦黄花叶病毒含有的核 糖体内部进入位点（IRES元件），部分替代帽子的功能，该元件存在精妙的动态平衡结构，能精细调控病毒蛋白质的 翻译趋势。

反式竞争实验表明，针对IRES元件核心区域的 互补性寡核苷酸可以有效抑制此IRES介导的不依赖帽子的 翻译水平。

研宄还揭示，小麦黄花叶病毒翻译调控的进化方 向是翻译水平的适宜调控，而不是翻译水平的最大化。

该成 果将为防治小麦黄花叶病毒有关药剂的
研制提供精准途径。

目前，原雪峰和
团队关于WYMV IRES元件的原创成
果 ‘‘A unique internal ribosome entry site
representing a dynamic equilibrium state
of RNA tertiary structure in the5'-UTR
of Wheat yellow mosaic vims RNA1’’已
经发表在国际著名生物学期刊Nucleic
Acids Research上，在国际上引起广泛
关注。

虽然原雪峰带领团队己经通过
RNA结构的体外分析技术，明确了小
麦黄花叶病毒不依赖帽子翻译调控的
RNA空间结构，但这还仅仅是一个间接的结果。

下一步，他们希望真正去做一些RNA结构的结晶，然后对该结晶进 行X光衍射，得到RNA的直观空间结构。

进而去筛选或者 设计一些小分子物质针对性地阻断这一结构，使病毒蛋白的 表达量急剧下降，病毒也就无法正常表达，病害产生的影响 也就无从谈起了。

原创护航，让未来无限精彩
整个研宂过程让团队成员感触颇深，在科学发展日新月 异的今天，那种显而易见的原创性研宄问题己经非常少了，要进行原创性的研宄，都必须经过长时间的深入研宄，才可 能发现一些别人发现不了的结果。

“我们整个工作从一开始到最后得出成果，也己经有5 年时间了”，原雪峰说。

“这五年的时间里并非一帆风顺，中间有很长一段时间感觉到迷茫，没有方向，多少次做出的 结果与现有成果相比都没有特别的创新。

并且还存在一些看 似解释不通的结果。

”此后，他们阅读了大量文献，发现最初一些看起来解释不通或似乎矛盾存在的东西，却成为他们 最终促成这一新模型提出的具有推动性意义的一些节点。

“越是科研项目最初想象不到的结果，只要是可重复的 结果，其实才是正可能促成原创性成果。

”这是原雪峰在整 个研宂中最大的感受。

而如果所有研究思路都能事先明确，并且想着能够万无一失，最终很难得到一个真正原创性的结 果。

因为这些既有思路，必定是研宄者从某些他人的文章或 成果中得到，并应用到自己的研究对象上，最终也只能是一 些跟随性的研究。

当然，科研工作首先要跟随一些前沿研宂，通过领域内认为比较可行的办法继续往下做，但在做的过程
中，一旦发现了某些不太寻常的现象，
就需要再利用现有掌握的比较好的技术
或思路对其进行更加深入的解析，从而
获得新的原创性成果。

防控兼顾，组合拳应对病毒病
在真正得到病毒病治疗性药物之
前，原雪峰认为必须先从该病毒病的预
防上开展工作，而且他们已经取得阶段
性成果，正在开发一类比较广谱的疫
苗。

该疫苗的基础病毒的寄主范围特别
广泛，可以侵染2000多种植物。

因此，原雪峰和团队正在将这种病毒改造成一种弱毒的疫苗，虽然 仍存在一定的体内复制能力，但是不会对接种的植物造成任 何可见的危害，并且具有比较广泛的寄主范围。

也就是说，这种疫苗一旦实现应用，它就是一种广谱性的疫苗，对很多 植物的健康意义深远。

另外，还可以在这种疫苗基因组中插 入其他靶标病毒的部分基因组，起到防治该靶标病毒的目的。

只要有新的特别严重的病毒病发生，他们就可以在短期内制 备出相应的疫苗。

当然，原雪峰和团队的长远目标仍是治疗病毒病，因为 病毒病的发生不是在接种疫苗后才会来，而是一旦还没来得 及接种疫苗，就己经被侵染了病毒病，就必须要通过开发治 疗性的药物进行治疗。

而治疗性药物的开发，首先要解析一 些它与植物的蛋白复制或蛋白翻译不太相同的策略，并针对 这些策略去开发药物，才会在杀死病毒的同时不危及到植物。

未来，原雪峰只求能在植物病毒病防治的科研道路上，继续纵横驰骋，坚持原创，体味科学之美。

28•中国高新科技2020年第9
期。