张德咏研究员团队揭示一种植物单链DNA病毒的单细胞种群瓶颈机制

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当生命体基因复制时，生命体本身会自发形成一种种群瓶颈来束缚可以启动复制的生命体基因数量，从而使得极少数可以启动复制，由此来保持种群的稳定、进化、发展和延续。病毒“繁衍”速率极快，是怎样在一代又一代的复制繁殖中得以保持种群的稳定、延续和繁衍？同样的，种群瓶颈机制被认为起重要作用。

近日，湖南省农业科学院张德咏研究员团队与美国俄亥俄州立大学瞿峰教授团队在PLOS PATHOGENS在线发表了题为《Intracellular bottlenecking permits no more than three tomato yellow leaf curl virus genomes to initiate replication a single cell》的研究论文，该研究发现番茄黄化曲叶病毒自身存在强烈的超侵染排斥现象。通过R算法计算出该单链DNA病毒的单细胞种群瓶颈不超过3条病毒基因组，即病毒粒子在侵入细胞后，仅有不超过3条病毒基因组可以复制，研究结果对植物病毒的防控有着重要的应用价值和借鉴意义，对病毒进化理论新的思考意义重大。

在本研究中，首先构建番茄黄化曲叶病毒带有不同荧光蛋白基因的侵染性克隆（DNA-A组分），农杆菌介导其在本氏烟细胞中进行复制。通过稀释农杆菌接种浓度，以保证每个细胞获得5个农杆菌。而之前Oltmanns等人的研究表明，一个农杆菌细胞有4到20个质粒可以转移，因此假设只有3个农杆菌进入植物细胞，那么每个植物细胞也可以接受至少15个质粒拷贝，也就是说至少接受15个病毒侵染性克隆。然后分别将2个带有不同荧光蛋白基因的番茄黄化曲叶病毒侵染性克隆混匀，共同接种到本氏烟细胞，结果发现只有不到65%的细胞可以共同表达两种荧光蛋白。通过R算法阐明该单链DNA病毒的单细胞种群瓶颈不超过3。此外，通过将携带不同荧光蛋白基因的2个侵染性克隆构建到同一个质粒上，证实了病毒种群瓶颈的严谨性。最后将2个侵染性克隆按照时间先后顺序接种到植本氏烟细胞，证明番茄黄花曲叶病毒自身存在强烈的超侵染排斥现象。

俄亥俄州立大学瞿峰教授和张德咏研究员为论文共同通讯作者，湖南大学研究生院隆平分院博士生任瑞凡和我院郑立敏副研究员为论文共同第一作者。俄亥俄州立大学韩俊平为该工作做出了重要贡献，该工作得到了国家重点研发计划（2018YFE0112600）、中国国家留学基金委等经费的资助与支持。

全文链接：

https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1011365