植物“疫苗”如何将我们从一个没有水果的世界中拯救出来

一个巧克力、葡萄酒和橙子只能由富人负担得起的未来，确实感觉很反乌托邦。 但如果我们最喜欢的几种作物屈服于植物病害，这可能就会成为现实——这个现实已经在世界的一些地区显现。为了解决这个问题，马里兰大学的病毒学家 Anne Elizabeth Simon 正在尝试为作物创造她称之为“疫苗”的东西，以保护我们的食物供应。

就像目前应对 COVID-19 大流行的做法一样，研究人员长期以来通过隔离受感染的植物来处理植物中的病原体传播，以保护周围的植物。 而且，根据疾病的类型，植物也可能接受农药或抗生素喷雾。

但为了提供更可靠的保护， Simon 是一个开发类似疫苗的解决方案的团队的成员，该方案是一种高效且可快速部署的解决方案，可以预防——或可能治愈——植物病害。

这种潜在的 解决方案来得还不够快。目前，世界正面临着对关键农业部门日益增长的危险。在欧洲，一种名为橄榄快速枯萎病综合征的疾病 威胁着 意大利珍贵的产业。西非的可可产量占世界巧克力产量的约 70%，面临着 令人衰弱的可可肿枝病毒 (CSSV)。珍贵的纳帕谷葡萄现在 正与 葡萄藤红斑病病毒 作斗争。

其中大多数疾病没有简单的治疗方法，需要采取多种昂贵、耗时的方法来缓解疾病一旦传播。它们也可能难以检测，因为在某些情况下，在症状出现之前需要数年时间。

当然，植物病疫并不是新挑战。 例如，在 20 世纪上半叶，一种由真菌引起的疾病 杀死了超过 30 亿棵美国栗树。但总体而言，气候变化、全球旅行的增加以及政府和行业的忽视共同造成了病原体风暴，威胁着我们的食物供应。“是时候让人们知道还有其他病疫正在发生，”Simon 说。“树木正在发生多种病疫，这将导致一个非常不同的世界。”

为什么旧的解决方案不再足够

现有的工具并不总是能遏制侵入性病原体，佛罗里达州迅速 恶化的柑橘产业 就证明了这一点——尽管 有人声称 监管机构和种植者因行动不够迅速而加剧了情况。

在过去的几个世纪里，柑橘树已经遭受了多种病原体的侵袭，包括 19 世纪的根腐病流行病 和在 20 世纪 30 年代 出现的 柑橘黄龙病病毒。其中最具破坏性的是 黄龙病（HLB），也常被称为 柑橘绿化病——它起源于中国，在过去二十年里造成了巨大的破坏。

2013 年至 2018 年间，中国排名靠前的柑橘产区有 超过一半的面积 因 HLB 而损失。到 2018 年，HLB 导致 佛罗里达州柑橘产量自 2003 年以来下降了 83%。

不断变化的温度和湿度水平也使这场战斗更加复杂。它们 会影响 植物的免疫力和病原体的强度，无论好坏，因为传播媒介在特定条件下茁壮成长。这会将疾病带到以前不适合它们的地区；例如，携带 HLB 的害虫 可能会 随着气温升高到适合其生存的程度，向佛罗里达州北部扩散。

由于这些复合挑战，一些种植者已经寻求额外的产品或完全改变了经营方向。巴西和墨西哥一些受柑橘绿化病影响的小型农场 已经 考虑 种植甘蔗以弥补经济损失。佛罗里达州的农场 也类似地 选择替代方案，种植迷你南瓜和鳄梨等作物，以弥补损失的收入。

树木“疫苗”的作用

Simon 是偶然加入植物病原体斗争的：在她实验室研究植物 RNA 病毒时，她在基因序列数据库中偶然发现了一个令人惊讶的样本，这与她 30 年的研究相矛盾。

结果发现这是一种新型的类病毒 RNA，她称之为 iRNA。这让 Simon 感到震惊，因为 iRNA 缺乏所有正常植物病毒都具有的某些基因，但它仍然可以通过附着在植物产生的运动蛋白上来在植物的维管束细胞之间移动。

通过调整 iRNA 以携带病毒的微小片段，它可以激发植物酶将有害病毒切成小块，而不会对植物造成损害。“这可以是一种载体，不仅适用于一种树木，也适用于许多树木，”Simon 说。“这都归功于这种非常不寻常、前所未见的特性。”

iRNA 样本最早由加州大学河滨分校的研究人员在 20 世纪 50 年代发现，当时它出现在金橘树上。他们发现 iRNA 可以感染许多柑橘种类，症状非常轻微甚至没有症状。然而，直到 Simon 发现了允许它在植物维管束中移动的缺失基因，它的疾病根除特性才被最近发现。

加州大学河滨分校植物病理学家、柑橘无性系保护项目主任 Georgios Vidalakis 说：“这可能成为行业和农民手中保持柑橘产业持续发展的重要工具之一。”“这看起来很有希望。不过，还有很多工作要做。”

为了尽快推进，Simon 于 2019 年创立了一家名为 Silvec Biologics 的公司，并致力于开发一种单步疫苗样预防性治疗方法，该方法可以欺骗树木不仅根除引起疾病的病毒，还可以根除真菌和细菌——这有些类似于 mRNA 疫苗如何迫使我们的免疫系统产生 COVID-19 抗体。

自 2020 年 10 月以来，Silvec 公司一直与加州大学河滨分校的柑橘无性系保护项目合作，在柑橘树上测试 iRNA 疫苗。研究人员可以根据病原体的基因序列定制治疗方案，以对抗不同的病原体。这使得 Simon 的团队能够开始研究针对葡萄藤病毒和苹果树的细菌，他们也已经开始尝试保护可可树免受 CSSV 的侵害。

由于含有原始 iRNA 样本的树木已经存活了 70 多年，Simon 说这表明该疫苗可能为新种植的树木提供终身保护，免受多种病原体的侵害，这类似于给儿童接种常规疫苗。然而，不太清楚的是，那些已经被感染了数年的严重退化的树木是否仍然可以从治疗中获益。

Simon 希望 iRNA 疗法能够拯救那些尚未出现疾病症状的受感染树木。对于那些根部因疾病而分解的树木来说，这似乎不太可能，就像佛罗里达州越来越多的柑橘树一样。她说，即使疫苗在这些情况下起作用，它们也太虚弱了，无法恢复。

科学如何帮助生病的植物

Simon 的团队并不是唯一一个开发新技术来对抗毁灭性植物疾病的团队。例如，一些研究人员已经采用了相对较新的技术来应对这些威胁。近年来，科学家们 已经 提出 了用于此目的的基因组编辑技术 ，例如 CRISPR。通过操纵植物 DNA 的特定部分，它可以让育种者和研究人员在设计抗病品种时更加精确。

作为一种更安全、更有效的柑橘绿化病治疗方法，加州大学河滨分校的遗传学家 Hailing Jin 开发了一种 抗菌肽，可以代替抗生素或农药注射或喷洒。Jin 和她的同事从一种耐绿化病的澳大利亚柠檬中分离出这种肽，使其成为一种天然植物产品。在另一个基于自然的解决方案中，Vidalakis 一直在研究一种由发酵食品废物制成的 液体肥料。它含有有益的细菌，可以提高作物抵抗病原体的能力。

最终，可能需要结合多种方法才能使我们的粮食系统在面对当前和新兴的疾病时保持韧性——就像我们结合了戴口罩和保持社交距离，以及各种治疗和疫苗来对抗 COVID-19 一样。

然而，如果科学家、政府和种植者不能足够快地联合起来，某些食品的生产成本可能会飙升并影响消费者价格。例如，佛罗里达州的橙子每箱价格在 2003 年至 2018 年间（经通货膨胀调整后）上涨了 90% 以上。这就是为什么 Simon 认为植物病疫需要一场 类似曼哈顿计划的 运动，科学家们可以汇集他们的智慧，贡献他们的专业知识。Vidalakis 表示同意。“时间紧迫，我们没有几十年的时间来处理这个问题，”他说。“这必须尽快发生。”