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植物病毒操控媒介蚜蟲 加速拓展寄宿生活圈

農業科專服務小組/倪鈺林 專案經理

在臺灣全年都有蚜蟲蟲害發生,蚜蟲是攜帶植物病毒的重要媒介,其口器為刺吸式,能迅速穿刺植物表皮組織,達寄主植物韌皮部篩管中吸取汁液,常因此傳播植物病毒病到宿主植物上,且各齡期蚜蟲均可傳播病毒,受害植物廣布世界,嚴重影響農作物栽培,導致植株感染受損,產量大幅減少,是威脅農林植物的重要害蟲。

植物病毒改變宿主植物與媒介昆蟲行為

桃蚜(Myzus persicae)之危害廣布,可傳播上百種的植物病毒與病害,宿主植物包含桃、番茄、馬鈴薯、玉米等多種作物,其中以桃蚜傳播的馬鈴薯捲葉病毒(Potato leafroll virus, PLRV)特別受到關注,因馬鈴薯為主要糧食作物,在全球廣泛種植,當馬鈴薯染病時會導致其新葉捲曲、葉片變脆易破裂,嚴重時塊莖壞疽、植株死亡,使產量減少40-70%,造成全球每年損失至少2,000萬公噸。

植物病毒能直接或間接影響宿主植物和媒介昆蟲,進而使病毒能傳播更廣泛,例如有些植物病毒感染宿主植物後,會改變植物體的揮發性有機化合物,吸引媒介昆蟲前來,先前研究也顯示,媒介昆蟲的攝食行為會因植物獲病毒感染而改變,以桃蚜與馬鈴薯捲葉病毒為例,攜帶馬鈴薯捲葉病毒的桃蚜偏好定居在未感染病毒的植物,而沒有攜帶病毒之桃蚜則傾向於找尋受病毒感染的植株定居。

植物病毒竟與昆蟲體內病毒合作 全力拓展寄宿版圖

Pinheiro等人(2019)在桃蚜攝食馬鈴薯染病毒植株後,透過sRNA定序技術(註一),進一步了解桃蚜和馬鈴薯捲葉病毒的交互作用,先前研究發現馬鈴薯捲葉病毒中蛋白P0只在植物體表現,會抑制植物自身免疫系統作用,本研究最新發現該蛋白甚至會誘導桃蚜昆蟲體內的濃核病毒(Myzus persicae densovirus, MpDNV)增殖,來抑制蚜蟲體內的免疫系統,甚至可能影響蚜蟲生殖,桃蚜通常是在夏季出現具翅膀的下一代,以有翅膀類型成蟲遷移飛行至新寄主植物,為應對面臨食物數量和質量即將減少或降低的狀況,遷飛期間為尋適當寄主與取食部位,會於葉片上游走並進行刺吸動作,使其尚未定居前可能已將病毒四處傳播。然而桃蚜內的濃核病毒則易使桃蚜在秋季仍能繁殖出具翅膀後代,意味著會將傳播時期延長,且能使植物病毒及昆蟲體內濃核病毒能更廣為傳播,這是首次發現植物病毒與昆蟲病毒有合作的關係,兩者之間似乎存在共生關係,會共同打擊或對抗宿主植物的免疫防禦系統,以增加植物病毒傳播的機會。

為對抗植物病毒及媒介昆蟲策略揭開新篇章

目前行政院農業委員會與研究單位持續針對植物病毒進行作物抗病品系之育種,亦調查媒介昆蟲取食行為與抗藥性監測,研擬生物防治策略,另外,收集植物病毒之基因序列,建檔於分析資料庫,研發快速簡易且準確的分子鑑定技術,如建立茄科及豆科作物之診斷鑑定平臺,同時加強開發可快速檢測植物病毒之檢測試紙與試劑,以儘早隔離罹病植株,避免作物相互感染,未來若能釐清植物病毒與昆蟲內病毒之交互作用機制,並增加對於植物防禦及植物病毒交互關係的認識,包含植物防禦信號如何和昆蟲、植物病毒相互作用,研擬如何用於控制蚜蟲傳播植物病毒之策略方法,藉此減少病毒傳播並保護植物,且提高其生產力,能更深入探究植物病毒與植物防禦機制,將創造媒介昆蟲防治技術新篇章。

註一:sRNA定序(Small RNA Sequencing),Small RNA為小片段的RNA(約18-40nt),利用高通量定序技術,研究特定組織在特定狀態下所有已知的sRNA,可發現物種或組織特異之sRNA,並預測其目標基因,提供了對抗植物病毒有力的工具。

參考文獻

  1. 王文哲。 2007。 蚜蟲類。 植物保護圖鑑系列17:16-21。
  2. 陳慶忠。 2006。 植物重要防疫檢疫害蟲診斷鑑定研習會(六)防疫檢疫重要植物病毒之媒介昆蟲與傳毒原理 21-72。
  3. Carr, J.P., A.M. Murphy, T. Tungadi, and J.Y. Yoon. 2019. Plant defense signals: Players and pawns in plant-virus-vector interactions. Plant Sci. 279:87-95.
  4. Dietzgen, R.G., K.S. Mann, and K.N. Johnson. 2016. Plant virus–insect vector interactions: current and potential future research directions. Viruses 8(303):1-21.
  5. Nalama, V., J. Louisb, and J. Shahc. 2019. Plant defense against aphids, the pest extraordinaire. Plant Sci. 279:96-107.
  6. Pinheiro, P.V., J.R. Wilson, Y. Xu, Y. Zheng, A.R. Rebelo, S. FattahHosseini, A. Kruse, R.S.D. Silva, Y. Xu, M. Kramer, J. Giovannoni, Z. Fei, S. Gray, and M. Heck. 2019. Plant viruses transmitted in two different modes produce differing effects on small RNA-mediated processes in their aphid vector. Phytobiomes J. (3):71-81.
  7. Rajabaskar, D., N.A. Bosque-Pérez, and S.D. Eigenbrode. 2014. Preference by a virus vector for infected plants is reversed after virus acquisition. Virus Research 186:32-37.
  8. ScienceDaily. 2019. Interactions between plant and insect-infecting viruses. Retrieved from https://www.sciencedaily.com/releases/2019/06/190613103142.htm. (June 13, 2019)