病原物的侵染与定殖具有组织器官特异性。植物病原物的侵染定殖呈现显著的组织局限性，如马铃薯卷叶病毒属、毛形病毒属、多数菜豆金色花叶病毒属及部分呼肠孤病毒目的病毒局限于韧皮部定殖。植物病毒为何被局限于韧皮部以及这一现象背后的生物学意义是植物病理学领域亟待解决的核心科学问题。2025年12月23日，中国农业科学院/浙江大学周雪平教授团队在《Nature Communications》发表题为“Defence-mediated phloem restriction of a plant virus facilitates insect transmission”的研究成果。该研究基于团队对我国西南地区双生病毒流行灾变规律的长期系统监测，首次明确了植物调控双生病毒韧皮部局限的关键因子，系统揭示了双生病毒突破韧皮部限制的分子机制，同时阐明了双生病毒流行灾变的生物学基础，为后续开发靶向性抗病毒策略提供了重要分子靶标。
周雪平教授团队前期研究已发现，约20%的菜豆金色花叶病毒属病毒其C4基因存在两个同框AUG（in-frame AUG），蛋白质谱分析证实这类病毒可编码两种不同的C4蛋白——叶绿体定位的cC4（Chloroplast-localized C4）和细胞膜定位的mC4（Membrane-associated C4）（Plant Communications, 2024）。基于2001-2017年对我国云南省的长期田间监测，团队发现当地流行危害的烟草曲茎病毒（Tobacco curly shoot virus, TbCSV）不同分离物存在C4蛋白表达差异。选取仅表达细胞膜定位mC4的TbCSV-Y35分离物和同时表达mC4和叶绿体定位cC4的TbCSV-Y41分离物进行对比研究，结果显示：TbCSV-Y35主要侵染番茄、辣椒等茄科作物，寄主范围较窄；而TbCSV-Y41寄主谱广泛，可跨科侵染茄科、苋科、葫芦科等多种作物。值得注意的是，尽管TbCSV-Y41寄主范围更广，但田间优势流行群体却是寄主范围较窄、仅表达mC4的TbCSV分离物。
烟粉虱饲毒-传毒实验进一步证实，仅表达mC4的TbCSV-Y35传播速率显著高于同时表达两种C4蛋白的TbCSV-Y41。免疫组织化学检测显示，TbCSV-Y35严格局限于植物韧皮部内定殖，而TbCSV-Y41可突破韧皮部限制扩散至薄壁组织。表型组比对发现，TbCSV-Y41侵染后的植物表型与ABC转运蛋白PEN3基因敲除突变体（pen3）表型高度相似；遗传学实验证实， PEN3蛋白是调控植物病毒韧皮部局限性的关键因子，TbCSV-Y35可在pen3敲除突变体植株中突破韧皮部限制，扩散至薄壁组织。
深入机制研究表明，PEN3蛋白的稳定性受叶绿体来源的水杨酸调控。TbCSV-Y41编码的cC4蛋白可与水杨酸合成调控因子CAS1互作，通过破坏叶绿体氧化还原平衡干扰水杨酸合成，进而促进PEN3蛋白降解，最终实现对韧皮部局限性的突破。功能验证显示，PEN3介导的病毒韧皮部局限性对病毒流行传播至关重要：在野生型番茄与pen3敲除突变体中接种TbCSV-Y35后，烟粉虱在突变体植株上的获毒效率显著下降，直接导致TbCSV-Y35的传播速率降低。
为验证该机制的普适性，团队进一步探究了PEN3对其他韧皮部限制性病毒的调控作用。在pen3敲除突变体中接种番茄黄曲叶病毒和马铃薯卷叶病毒后，免疫组织化学检测发现，原本局限于韧皮部的两种病毒均能突破限制扩散至薄壁细胞。这表明PEN3蛋白可介导多种植物病毒的韧皮部局限性，进而调控病毒的流行传播。
中国农业科学院/浙江大学周雪平教授和德国图宾根大学Rosa Lozano-Durán 为共同通讯作者, 梅玉振博士为论文第一作者。该研究得到了国家自然科学基金（W2411024）、国家重点研发计划（2022YFD1400804）和中国农业科学院基础研究创新计划（CAAS-BRC-CB-2025-02）的共同资助。
双生病毒突破韧皮部局限性的分子机制
