病毒，人們唯恐避之不及。而對于中國農業科學院植物保護研究所所長、植物病蟲害生物學國家重點實驗室主任周雪平而言，從植物與病毒的“軍備競賽”到科學家與病毒的艱苦斗爭，都是一場戰役。
植物與病毒在分子層面更是短兵相接，競爭激烈。“我們把病毒比喻成導彈，病毒要克服植物的防御體系，一旦克服，植物又會編碼蛋白來對抗病毒。這跟軍事上的‘軍備競賽’非常相似，‘道高一尺，魔高一丈’。”9月25日，周雪平在中國農業科學院主辦的農科講壇上說道。
不可忽視的植物病毒
一提到病毒，大家知道人類的病毒，如艾滋病、乙肝、口蹄疫、禽流感、豬瘟等，但對于植物病毒卻不是那么了解。
“事實上，植物病毒占到所有病毒種類的二分之一，已經知道的植物病毒約有1100多種，其造成了重大的經濟損失，也是制約作物生產的重要因素。”周雪平說。而在植物病毒中，數量最多、最早被記載的則是雙生病毒。
周雪平介紹，雙生病毒是一類對多種作物造成毀滅性危害的植物DNA病毒，其分布廣、種類多、危害重、傳播快，病害控制困難，已對全球50 多個國家和地區的番茄、棉花、木薯、豆類等多種作物造成巨大危害。
“比如棉花曲葉病毒，在我們周邊鄰國巴基斯坦造成幾十億美元的損失。”上世紀90年代，我國還未受到這一病毒的明顯侵襲，因此并未引起研究者重視。但周雪平意識到，印度、巴基斯坦、泰國等受害國家均與中國臨近，根據病毒的傳播規律，雙生病毒在未來數年內必將對我國的農業生產威脅極大。
如其所料，2005年，雙生病毒在我國開始大面積暴發。據2009年統計，我國因雙生病毒造成的番茄損失高達50億元。現已在20多個省市區發生，并且在15個省較為嚴重。
其實，從1996年開始，在“973”計劃、國家自然科學基金重點項目支持下，周雪平團隊就在國內針對我國的雙生病毒開展了較系統的研究。
周雪平團隊首次發現植物病毒種間基因組重組可以產生新病毒；系統調查了我國雙生病毒的發生分布，鑒定了41種雙生病毒，其中31種為新種，占全球發現的雙生病毒總數的13.5%；明確了雙生病毒及衛星DNA在致病中的作用，闡明了雙生病毒及衛星DNA的致病機理，發現雙生病毒與傳毒介體煙粉虱之間存在互惠關系，并闡明了互惠關系的分子機制；建立了水稻主要病毒病監測預警技術并明確了水稻條紋病毒相關基因功能；制備了30多種重要作物病毒的單克隆抗體，創制了病毒快速檢測技術及檢測試劑盒，并已廣泛應用于作物病毒病的早期診斷、監測預警與防控。
基因沉默技術防控
“植物和人一樣，一旦得病，殺死病毒病是很難的，但病毒病也是可以防的。”從1996年到2005年，周雪平一直致力于抗性育種篩選、基因沉默等抗病毒技術的探索研究，與雙生病毒開展馬拉松式的“軍備競賽”。
周雪平談起與雙生病毒的對抗時說道：“雙生病毒有兩大特點，一是病毒只能借由煙粉虱傳播；二是病毒遺傳本質是DNA。我們從這兩方面入手多動腦筋就能鉆研出很多辦法與病毒對抗。”從物理方面，可通過設置苗期阻帶使易感種群的種苗盡可能躲避煙粉虱侵襲；從基因層面，對作物進行遺傳改造，使其能抗病毒侵染。
在我國，周雪平是將基因沉默技術應用于病毒研究較早的科學家之一。“病毒怎么危害植物？其中哪個基因是致病的？有需求就會有相應的技術應對。”
對基因沉默這一防控病毒成效顯著的技術體系，周雪平作了通俗易懂的介紹。“當病毒侵染人體時，人體自身會因發達的免疫系統產生抗體反應。植物雖然沒有抗體免疫系統，但可以通過基因沉默使病毒的基因組降解。”
當病毒侵染植物時，植物利用基因沉默來抵抗病毒，同時病毒蛋白也會作出抑制基因沉默反應。針對病毒與植物之間的相互對抗作用，周雪平團隊獲得靈感，提出了將病毒基因組遺傳改造成有益的生物載體的想法。
簡單來說就是，如果想要研究一個基因的功能，只要將病毒的致病基因去掉，使其不具有危害能力，但仍具有侵染力，然后將目標基因作為外源基因克隆后連接于病毒載體。當病毒接種植物，植物產生基因沉默使外源基因的功能喪失，通過觀察、對比對照植株與試驗植株的表型區別，就可以得知該外源基因可能與哪種性狀相關，從而確定目標基因的功能。
“技術研究可以很好地指導病毒病防控。”周雪平說。通過大量的實驗摸索，團隊對這一技術的掌控接近爐火純青，并將其有效轉化到農業生產實踐中，獲得15項發明專利，其水平在國內外首屈一指。
昆蟲、病毒、植物三者互作
“我們花了10年時間研究病毒致病基因的互作，但是病毒的傳播離不開其寄主——昆蟲。”周雪平團隊與昆蟲學家合作，發現昆蟲啃食受病毒感染的植物后會產生更多的卵，且壽命增加。“如果吃健康的煙草，煙粉虱的存活時間是5天，吃感染病毒的煙草可以存活30天。在感染病毒的煙草上可以產140倍的卵。”
那么，植物、病毒、昆蟲三者之間就存在神秘的關系。病毒由昆蟲傳播，昆蟲以植物為食，植物被病毒感染，昆蟲與病毒通過植物產生某種互惠關系，從而形成惡性循環。于是，他們進一步探索這種互惠機制，花了5年時間才算初步搞清楚。
有人提出，雙生病毒的傳遞媒介是煙粉虱，可不可以考慮在媒介環節上做一些工作？
“媒介作用也是一種途徑。但通過控制媒介來控制病毒的效果不好。”周雪平解釋道，因為你一旦看到蟲子的時候，病毒已經傳播了，而且一只煙粉虱就可以傳很多植株，每株植物上的煙粉虱多到數不清。“現在為什么通過化學農藥防煙粉虱的效果不好，就是因為它的傳播效率太高，況且這些農藥也不能殺死百分之百的煙粉虱。”
“但是，可以通過基因工程在源頭上控制。比如找到煙粉虱生長發育的關鍵基因，把這個基因放到植物里面。”周雪平認為，“當然也可以構建。讓它產生針對煙粉虱關鍵基因的雙鏈RNA。煙粉虱一旦吃植物，針對煙粉虱的小RNA就可以進入煙粉虱體內，啟動煙粉虱內部的基因沉默，破壞煙粉虱的關鍵基因，讓煙粉虱死掉。”
目前，團隊和昆蟲學家還沒有找到其中的關鍵基因。如果一旦找到，通過植物阻斷，讓煙粉虱吃植物時死掉，它就不能變異。“在原理上是完全可行的。我相信某一天說不定就可以通過這樣的高技術手段來控制蟲子。蟲子沒有了，病毒傳播也就少了。”周雪平說。
“我國植物病毒研究有幾個重要的領域和方向，一個是植物防御和病毒反防御，一個是植物、昆蟲、病毒三者互作。這些都是今后非常熱的熱點，中國很可能引領國際研究。”周雪平表示。
