烟粉虱传播双生病毒机理研究

　　绝大多数植物病毒依赖于昆虫介体传播而流行危害。昆虫传播的植物病毒每年造成作物损失巨大。要切断昆虫传播，控制植物病毒病，必须了解昆虫传毒的机理。本文以烟粉虱与双生病毒的互作为基础，浅析了烟粉虱传播双生病毒的机理。

　　烟粉虱属同翅目，粉虱科，小粉虱属，广泛分布于全球除南极洲外各大洲的90多个国家和地区，是棉花、蔬菜和园林花卉等植物的主要害虫之一。烟粉虱对寄主植物的为害主要表现在3个方面： 一是直接刺吸植物汁液，造成植株衰弱、干枯；二是分泌蜜露，诱发煤污病；三是传播植物病毒，诱发植物病毒病，所造成的危害比前两者要严重得多[1]。从国外的经历来看，烟粉虱大暴发后不久，其所传播的病毒病就会随之大发生。研究表明，许多新病毒的大暴发可能与烟粉虱的一个生物型——B型的大发生有关。与其他生物型相比，B型烟粉虱具有更广的寄主范围和更强的传毒能力。

　　双生病毒科（Geminiviridae）病毒是植物病毒中唯一一类具有孪生颗粒形态的单链环状DNA（single stranded DNA，ssDNA）病毒，简称双生病毒（geminiviruses）。大多数具有经济重要性的双生病毒为菜豆金黄花叶病毒属病毒（begomoviruses）。在自然条件下，菜豆金黄花叶病毒属病毒侵染双子叶植物，由烟粉虱传播，也称粉虱传双生病毒（whitefly-transmitted geminiviruses，WTG）。近年来，随着B型烟粉虱的大发生，由烟粉虱传播的双生病毒已在多个国家和地区作物上造成毁灭性危害，且有逐年加重的趋势[2-4]。由于B型烟粉虱的大暴发及其所传病毒病危害的严重性，对WTG的研究也就随之增多。本文综述烟粉虱获取、携带及传播双生病毒的能力，以及烟粉虱对双生病毒的传毒方式和传毒特点等方面的研究进展。

　　1 烟粉虱对双生病毒的获取和传播

　　1.1 烟粉虱有效获毒及传毒所需的最短时间

　　烟粉虱经卵和4个若虫期发育至成虫。烟粉虱的各个龄期均能摄取及传播双生病毒，如番茄黄化曲叶病毒（tomato yellow leaf curl virus，TYLCV）、撒丁岛番茄黄化曲叶病毒（tomato yellow leaf curl Sardinia virus，TYLCSV）等。在大田中，这些双生病毒均是由烟粉虱成虫传播的。

　　烟粉虱传播TYLCV于健康番茄植株及发病症状的观察表明， 最短的获毒及接种时间为15～30 min。而且，在对从中东地区包括埃及分离的TYLCV的研究中，也得到了相似的结论。烟粉虱获取番茄皱叶病毒（Chino del tomato virus，CdTV）的最短时间为1 h。PCR扩增发现，烟粉虱在带毒植株上获毒5～10 min就可在其体内检测到TYLCV DNA的存在[5]，烟粉虱传毒5 min时即可在传毒位点处检测到病毒DNA的存在。以上报道显示， 烟粉虱有效获毒及传毒所需的最短时间与所获取的病毒种类有关，一般在5 min至1 h之间。

　　1.2 病毒在烟粉虱体内的潜伏期

　　病毒被烟粉虱摄取后，先要从烟粉虱消化道运输到唾液腺内，再在烟粉虱取食的过程中随唾液一起排出。双生病毒完成这一过程直到侵染敏感植株所需的时间称之为潜伏期。潜伏期不仅反映了病毒移动的速度，而且反映了烟粉虱积累足够的病毒粒子以有效传播病毒于健康植株所需的时间。潜伏期长短因双生病毒种类而异。例如，ToLCBV的潜伏期为6 h；南瓜卷叶病毒（Squash leaf curl virus，SLCV）的潜伏期为8 h；TYLCSV 的潜伏期为17～24 h；CdTV的潜伏期为17～22 h。一种病毒的潜伏期的改变可能与实验条件及媒介烟粉虱不同有关。例如，从以色列分离的TYLCV，1966年报道的潜伏期为21 h，35年后报道的潜伏期仅为8 h[6]。

　　1.3 病毒在烟粉虱体内的存留

　　获毒1～2 d后，双生病毒可在烟粉虱体内存留1至数周，有时可终身存在。SLCV及TYLCV可在烟粉虱的整个生活周期内存在，而TYLCSV却在获毒后20 d时就不能在烟粉虱体内检测到；ToLCBV可在烟粉虱体内存留长达12 d，但不能终身存在。我们研究发现，烟草曲茎病毒（tobacco curly shoot virus，TbCSV）在B型烟粉虱体内至少可存留10 d，而中国番茄黄化曲叶病毒（tomato yellow leaf curl China virus，TYLCCNV）可在B型烟粉虱体内终身存在。

　　大多数情况下，病毒DNA在烟粉虱体内存留的时间要长于带毒粉虱具有传毒能力的时间。例如，在烟粉虱获毒后20 d时，仍可在其体内检测到TYLCSV DNA， 而其传毒能力仅可持续8 d。病毒DNA及外壳蛋白（coat protein，CP）的检测表明， 它们在烟粉虱体内并不始终是同期存在的。获毒48 h后，TYLCV DNA在烟粉虱的整个生活期均可检测到，而TYLCV CP的量却持续减少，至12 d时就检测不到。有研究表明，病毒外壳蛋白的消失与烟粉虱有效传播病毒能力的快速下降有关。

　　1.4 烟粉虱传毒效率与获毒时间、虫口密度和接种位点的关系烟粉虱对双生病毒的传毒效率与其获毒及传毒时间的长短有关。研究报道，无毒烟粉虱在感染TYLCV的番茄植株上取食获毒15 min不能够传毒，获毒30 min即可传毒并使30%的无毒植株感病，获毒4 h以上则可致90%无毒植株感病。也有研究报道，烟粉虱在感染TYLCV的番茄植株上获毒15 min时即可传毒，传毒效率随其获毒时间的延长而增加，于24 h时达到最高，使89%的植株感染病毒。此外，还得知烟粉虱传毒的最短时间为15 min，传毒效率随其传毒时间的延长而提高，于12 h时达到最高，使94%的植株感染病毒。

　　烟粉虱对双生病毒的传毒效率还随其个体数量的增加而提高。烟粉虱在获毒24 h后，单头带毒成虫即可将TYLCV传于健康番茄植株，使18.5%的植株感染病毒； 当传毒成虫的密度升至每株5头和每株15头时，植株感染病毒的比率就分别上升到74.2%和100%。Mehta也发现，当传毒烟粉虱的虫口密度由每株1头增加到每株5 头时，对TYLCV的传毒效率明显升高，植株感染病毒的比率由20%升至为81%， 当虫口密度增加到每株20头时，植株感染病毒的比率达97%。另外，在对SLCV 的研究中也得到了相似的结果，即烟粉虱获毒48 h后，单头烟粉虱即可将SLCV传于健康南瓜植株，植株感染病毒的比率达82%，当传毒虫口的密度由每株1头增加到每株5头或10头时，植株感染病毒的比率都达100%。

　　另外，烟粉虱对双生病毒的传毒效率还与在寄主植物上的接种位点有关。嫩叶及嫩叶尖端是烟粉虱传毒的最好位点，病毒能够在这些部位的接种点进行复制，并将病毒粒子首先运输到根部，然后运输到植株的新芽，最后运输到与接种叶片位置相邻的叶片和花，以老叶片为传毒位点时的传毒效率低。

　　1.5 烟粉虱获毒及传毒效率与虫龄及性别的关系

　　烟粉虱营产雄孤雌生殖，未受精的卵发育为单倍体雄虫，而受精卵发育为双倍体雌虫。雌虫可通过对卵进行选择性受精来调控其后代的性别。烟粉虱获取及传播双生病毒的效率可随其性别及龄期而变化。雌成虫传播TYLCV及ToLCBV的效率要比雄成虫高5倍，而雌性和雄性成虫对SLCV的传播效率却相似。

　　烟粉虱成虫传播TYLCV的效率随虫龄的增长而下降[7]，这可能与它们随着年龄增长在单位时间内能获取的病毒量下降有关。

　　1.6 烟粉虱传播双生病毒的另两种途径： 交配传播和经卵传播

　　双生病毒不仅可以在植物与昆虫之间传播，还可通过烟粉虱交配的途径在烟粉虱个体间进行传播。TYLCV可以从带毒雄虫传给雌虫，也可从带毒雌虫传给雄虫，但在同一性别之间不能互传[8]。

　　另外，双生病毒还可以经卵传播（transovarial transmission）的途径传播给后代。Ghanim等[5，6]发现，TYLCV可经带毒雌性烟粉虱成虫所产的卵传播给后代，并且至少可以传2代，由带毒雌虫所产的卵发育成熟的F1代及F2代成虫的部分个体仍具有传毒能力。

　　上述研究表明，不同的病毒经卵传于后代的能力有所不同，不同来源的同一病毒经卵传于后代的情况也有所不同。但是，媒介个体的交配传毒及经卵传毒途径对病毒流行来说可能有着重大的意义，即使在病毒宿主植物不存在的情况下，病毒也能在介体中存在。

　　2 寄主植物、病毒和内共生菌对烟粉虱传毒的影响

　　昆虫对病毒病的传播是一个昆虫-病毒-植物互作的过程。寄主植物、双生病毒的一些特殊蛋白以及烟粉虱内共生菌产生的GroEL蛋白， 都可影响该虫携带的双生病毒种类及传毒的可能性。

　　2.1 寄主植物

　　烟粉虱是双生病毒的有效传播媒介，但并不是每一个生物型烟粉虱都能传播所有的WTG，最具决定性的因素是有的生物型烟粉虱不能在病毒宿主植物上取食，而不是病毒与媒介粉虱之间不相容。例如，细裂珊瑚油桐花叶病毒（Jatropha mosaic virus，JMV）在自然状态下仅由Jatropha生物型烟粉虱在细裂珊瑚油桐的植株之间传播；而在室内，当将JMV通过病毒DNA biolistic接种手段接种到豆类植物上后，结果A型烟粉虱和B型烟粉虱均可将该病毒从带毒豆类植株上传到健康豆类植株上。Lisha等[9]报道，在印度田间采集的木薯种群能将木薯花叶病毒（Cassava mosaic virus，CMV）从感染病毒的木薯植株上传播到健康木薯植株上，而红薯种群却不能。这些结果表明，烟粉虱与寄主植物的相互作用在植物双生病毒传播中起着主要作用。

　　2.2 双生病毒的外壳蛋白

　　双生病毒在媒介烟粉虱体内是循环的，病毒粒子经烟粉虱口针摄入，进入食管和消化道，主动穿过介体肠膜进入血淋巴，再到达唾液腺，最后在唾管内与唾液混合并经唾管排出体外[6]。因此，病毒的外壳很可能是暴露于烟粉虱组织并与昆虫受体及分子伴侣相互作用的结构。目前，已有一些实验证据支持这一假设。例如，当菜豆金黄花叶病毒（Bean golden mosaic virus，BGMV）的CP基因发生突变后，该病毒就不再能被烟粉虱获取。当将一种烟粉虱不能传播的双生病毒——白麻花叶病毒（Abutilon mosaic virus，AbMV）的CP 更换为一种近缘的可经粉虱传播的黄花稔属金黄花叶病毒（Sida golden mosaic virus，SiGMV） 的CP，则得到一种可由粉虱传播的嵌合病毒AbMV。不与昆虫受体结合的毒粒（即当受体饱和时）不能侵入昆虫细胞和组织[10]。烟粉虱对侵染番薯属植物双生病毒的传毒效率（5%～20%）较对其他已报道的WTG的传毒效率显著要低，这种差异的一个原因可能是侵染番薯属植物的双生病毒的CP与其他双生病毒的CP之间氨基酸序列同源性较低（55%）[11]。双生病毒传播媒介的特异性同样取决于CP，目前还没有证据表明这种特异性与其他的病毒编码蛋白有关，如将粉虱传播的非洲木薯花叶病毒（African cassava mosaic virus，ACMV）的CP基因与叶蝉传播的甜菜曲顶病毒（Beet curly top virus，BCTV）的CP基因进行交换后，能产生一种可由叶蝉传播的ACMV嵌合体。这些结果表明，CP在双生病毒的获取-传播过程中起着重要作用。尽管CP对病毒在昆虫介体内的移动是很重要的，而对病毒DNA的长期存储可能是不必要的。

　　2.3 分子伴侣GroEL蛋白

　　病毒结构简单，容易遭到酶的破坏，在侵入昆虫体内的过程中必须具有一种保护机制。昆虫内共生菌产生的GroEL蛋白可能对病毒在介体昆虫内的循环起着保护作用。内共生菌产生的GroEL蛋白的作用首先在蚜虫中得到证明，黄症病毒与内共生菌分子伴侣GroEL在蚜虫体内的相互作用表明，GroEL对病毒的存留是必要的。双生病毒在烟粉虱血淋巴中的存活也可能具有相似的策略。Morin等[12]对烟粉虱内共生菌GroEL N-末端30个氨基酸的研究发现，其基本结构与桃蚜Myzus persicae、禾谷缢管蚜Rhopalosiphum padi和麦长管蚜Sitobion avenae的相似；体外配基分析表明，TYLCV病毒粒子与GroEL表现出特异的亲合力；在烟粉虱携毒之前，用GroEL抗血清饲喂烟粉虱，以中和它们体内的GroEL，受处理后的烟粉虱传播TYLCV-Is的几率下降80%以上，TYLCV DNA在它们血淋巴内的含量大大减少，但并没有消失，其中原因可能是由于血淋巴中抗体的存在阻止了TYLCV病毒粒子与GroEL的结合，病毒粒子失去保护而受到血淋巴中酶的破坏，从而导致了病毒的降解。

　　3 结论及展望

　　植物病原的昆虫介体传播是许多植物病毒病流行的重要环节，切断病毒的介体传播是控制病毒病的有效途径。因而明确病毒介体传播的机制具有重要的理论和实践意义。

　　在长期进化过程中，病毒与其昆虫介体形成了复杂而多样的关系。昆虫的获毒，病毒在昆虫体内的运动、增殖及从昆虫体释放过程受到病毒和昆虫介体遗传特性的控制，同时又受到环境因素和昆虫取食行为的影响。

　　综上所述， 有关烟粉虱获取、携带及传播双生病毒的能力，双生病毒经媒介烟粉虱传播的方式，影响烟粉虱传播双生病毒的相关因素等方面的研究均已取得长足进展。明确双生病毒由介体传播的途径和机制，对于控制该类植物病毒病的流行具有重要的理论和实践意义。双生病毒可经卵传播于后代。显然，这在缺乏病毒植物宿主的情况下可提供病毒源，进而有利于双生病毒的传播；但是，双生病毒侵入媒介烟粉虱的生殖系统后，有时可导致后者生殖率下降，进而不利于病毒媒介昆虫的繁殖，又不利于双生病毒的传播。可见，烟粉虱与双生病毒之间的互作是十分复杂的。

　　目前，我国对虫媒植物病毒的相关研究多是基于蚜虫、飞虱及叶蝉，而对烟粉虱传毒机制的研究还处于空白，故此，明确双生病毒介体传播机制，对切断双生病毒的介体传播、预防粉虱传双生病毒在我国的发生与流行，具有重要的理论和实践意义。

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