當(dāng)生命體基因復(fù)制時，生命體本身會自發(fā)形成一種種群瓶頸來束縛可以啟動復(fù)制的生命體基因數(shù)量，從而使得極少數(shù)可以啟動復(fù)制，由此來保持種群的穩(wěn)定、進(jìn)化、發(fā)展和延續(xù)。病毒“繁衍”速率極快，是怎樣在一代又一代的復(fù)制繁殖中得以保持種群的穩(wěn)定、延續(xù)和繁衍？同樣的，種群瓶頸機(jī)制被認(rèn)為起重要作用。
近日，湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張德詠研究員團(tuán)隊與美國俄亥俄州立大學(xué)瞿峰教授團(tuán)隊在PLOS PATHOGENS在線發(fā)表了題為《Intracellular bottlenecking permits no more than three tomato yellow leaf curl virus genomes to initiate replication a single cell》的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)番茄黃化曲葉病毒自身存在強(qiáng)烈的超侵染排斥現(xiàn)象。通過R算法計算出該單鏈DNA病毒的單細(xì)胞種群瓶頸不超過3條病毒基因組，即病毒粒子在侵入細(xì)胞后，僅有不超過3條病毒基因組可以復(fù)制，研究結(jié)果對植物病毒的防控有著重要的應(yīng)用價值和借鑒意義，對病毒進(jìn)化理論新的思考意義重大。
在本研究中，首先構(gòu)建番茄黃化曲葉病毒帶有不同熒光蛋白基因的侵染性克?。―NA-A組分），農(nóng)桿菌介導(dǎo)其在本氏煙細(xì)胞中進(jìn)行復(fù)制。通過稀釋農(nóng)桿菌接種濃度，以保證每個細(xì)胞獲得5個農(nóng)桿菌。而之前Oltmanns等人的研究表明，一個農(nóng)桿菌細(xì)胞有4到20個質(zhì)?？梢赞D(zhuǎn)移，因此假設(shè)只有3個農(nóng)桿菌進(jìn)入植物細(xì)胞，那么每個植物細(xì)胞也可以接受至少15個質(zhì)?？截?，也就是說至少接受15個病毒侵染性克隆。然后分別將2個帶有不同熒光蛋白基因的番茄黃化曲葉病毒侵染性克隆混勻，共同接種到本氏煙細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有不到65%的細(xì)胞可以共同表達(dá)兩種熒光蛋白。通過R算法闡明該單鏈DNA病毒的單細(xì)胞種群瓶頸不超過3。此外，通過將攜帶不同熒光蛋白基因的2個侵染性克隆構(gòu)建到同一個質(zhì)粒上，證實了病毒種群瓶頸的嚴(yán)謹(jǐn)性。最后將2個侵染性克隆按照時間先后順序接種到植本氏煙細(xì)胞，證明番茄黃花曲葉病毒自身存在強(qiáng)烈的超侵染排斥現(xiàn)象。
俄亥俄州立大學(xué)瞿峰教授和張德詠研究員為論文共同通訊作者，湖南大學(xué)研究生院隆平分院博士生任瑞凡和我院鄭立敏副研究員為論文共同第一作者。俄亥俄州立大學(xué)韓俊平為該工作做出了重要貢獻(xiàn)，該工作得到了國家重點研發(fā)計劃（2018YFE0112600）、中國國家留學(xué)基金委等經(jīng)費的資助與支持。
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https://journals.plos.org/plospathogens/article?id=10.1371/journal.ppat.1011365
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