水生植物病毒组揭示：从基础藻类到观赏植物的病毒多样性及全球贸易带来的生物安全风险

《Environmental Microbiome》：Wild and globally traded ornamental aquatic plants harbor diverse plant viruses, including notable crop pathogens

本研究通过高通量测序技术，系统揭示了水生植物（包括藻类、苔藓及被子植物）中巨大的病毒多样性，发现了多种新型病毒及已知作物病原体。研究首次在观赏水生植物中鉴定出受检疫的菜豆金色花叶病毒属（Begomovirus）病毒及新型马铃薯Y病毒属（Potyvirus）病毒，并指出全球观赏水生植物贸易可能成为病毒传播及入侵物种建立的潜在途径，对生态系统及农作物健康构成威胁。

　　

在宁静的池塘、流动的溪流乃至家中的水族箱里，水生植物构成了水下世界不可或缺的绿色基底。它们不仅是水生生态系统的重要组成，也在全球观赏植物贸易中占据一席之地。然而，在这些看似平静的水面之下，一个隐秘的微观世界——水生植物的病毒组（virome）——长期以来却如同深海般未被充分探索。相较于水稻等主要水生作物，人们对非栽培及观赏性水生植物所携带的病毒知之甚少，这留下了一个关键的知识空白：这些水生植物是否会成为潜在植物病毒的“储藏库”，甚至通过日益活跃的全球贸易网络，成为病毒传播及其相关生物入侵风险的“特洛伊木马”？

为了回答这些问题，一个由斯洛文尼亚国家生物研究所等机构组成的研究团队在《Environmental Microbiome》上发表了他们的最新研究成果。他们综合运用数据挖掘（对“千种植物转录组计划”（1KP）数据库进行分析）和针对性地对市售观赏水生植物进行高通量测序（HTS）两种策略，首次系统性地描绘了水生植物的病毒群落图谱。研究揭示了从基础的非维管藻类到高等被子植物中存在的惊人病毒多样性，不仅发现了大量可能的新病毒物种，还检测到多种已知的农作物病原体，并特别指出全球观赏水生植物贸易是病毒传播的一个重要且未被充分认识的途径。

研究人员为开展此项研究，主要运用了几个关键技术方法：首先，利用生物信息学工具对公共数据库（如1KP项目）中的水生植物转录组数据进行大规模挖掘，以识别病毒序列。其次，对从不同渠道（如在线零售商、水族店）获得的多种观赏水生植物样本进行总核酸提取，并利用Illumina平台进行高通量测序。再次，通过一系列生物信息学流程（如SPAdes组装、BLAST比对、MEGAN分类）对测序数据进行组装和注释，以鉴定病毒序列。此外，还采用PCR（聚合酶链式反应）、ELISA（酶联免疫吸附测定）和滚动环扩增（RCA）等分子生物学技术对HTS发现的特定病毒进行验证和宿主确认。最后，通过系统发育分析（如最大似然法构建进化树）和序列相似性计算（如SDT软件）对新发现的病毒进行分类学地位判定。

数据挖掘揭示非维管水生植物中的病毒序列

通过对1KP数据库中48种大型藻类及其他水生植物转录组的分析，研究人员发现了丰富的病毒序列。特别值得注意的是，在9种藻类中鉴定出14个与Phaeovirus属（Phycodnaviridae科）成员相似的病毒序列，这将该属病毒的潜在宿主范围从已知的褐藻扩展至红藻（如条斑紫菜和蜈蚣藻）。此外，在提灯藓（Heart-leaved spearmoss）中发现了多个与布尼亚病毒目（Bunyavirales）相关的新病毒序列，加深了对苔藓植物病毒多样性的认识。

高通量测序揭示观赏水生植物中的病毒多样性

对从市场获取的观赏水生植物进行HTS分析，发现了更高程度的病毒多样性。结果显示出双生病毒科（Geminiviridae）和马铃薯Y病毒科（Potyviridae）的序列最为突出，这是两个包含许多重要作物病毒的家族。

观赏水生植物中的新型菜豆金色花叶病毒属（Begomovirus）病毒

研究者在红丝青叶（Alternanthera reineckii ‘rosanervig’）和圆叶棱萼母草（Lindernia rotundifolia）两种观赏植物中分别鉴定出两种新型菜豆金色花叶病毒属病毒的全长基因组序列。这些病毒被命名为Ageratum yellow vein Sri Lanka virus (AYVSLV) 和 Lindernia rotundifolia yellow vein virus (LRYVV)。值得注意的是，感染这两种病毒的植株均表现出叶片脉黄化或粉化的观赏性症状，这可能是其在贸易中被选育的原因。进一步的实验证实了这些病毒在宿主细胞中以游离的环状DNA形式存在（通过RCA检测），表明其正在进行活跃的复制，而非宿主基因组中的内源病毒元件（EVE）。系统发育网络分析表明LRYVV与来自斯里兰卡和印度的某些菜豆金色花叶病毒属病毒关系较近，但其独立成支，提示其为新的病毒物种。在AYVSLV感染的样本中还检测到了缺陷型DNA（D-DNA），这可能会影响病毒的致病性。

慈姑病毒A（Sagittaria virus A, SgVA）：一种新型马铃薯Y病毒属病毒

通过对转录组数据挖掘和市售慈姑属（Sagittaria）植物的HTS分析，研究者发现了一种新型马铃薯Y病毒属病毒，命名为慈姑病毒A（SgVA）。该病毒在不同来源的慈姑属植物（如S. subulata）中被检测到，包括从新加坡和荷兰进口到英国的样本以及在斯洛文尼亚本地购买的样本。感染SgVA的植株表现出生长迟缓、叶片黄化变薄等症状。电子显微镜观察证实了病毒颗粒呈典型的马铃薯Y病毒科丝状形态。基因组分析显示其基因组长约9.6 kbp，编码一个多聚蛋白。该病毒与最近似的马铃薯A病毒（Potato virus A）的多聚蛋白氨基酸序列一致性为50.3%，低于马铃薯Y病毒属的物种划分阈值（76%），支持其为一个新物种。系统发育分析将其归入烟草蚀纹病毒（Tobacco etch virus, TEV）进化枝。

其他重要发现

研究还检测到其他多种病毒序列，包括与黄瓜花叶病毒（Cucumber mosaic virus）、莴苣褪绿病毒（Lettuce chlorosis virus）等已知作物病毒高度相似的序列，提示水生植物可能作为这些病原体的潜在储库。此外，在多个物种中发现了大量与双链DNA病毒（如Caulimoviridae科成员）和负链RNA病毒（如Rhabdoviridae科成员）相似的序列，进一步丰富了水生植物病毒组的多样性。

本研究通过对水生植物病毒组的系统性分析，得出几个重要结论。首先，水生植物，无论是野生的还是作为观赏植物交易的，都蕴含着极其丰富的病毒多样性，其中许多可能是新的病毒物种。其次，研究在观赏水生植物中发现了具有经济重要性的病毒，如受欧盟检疫的菜豆金色花叶病毒属病毒和新型马铃薯Y病毒属病毒，这凸显了全球观赏植物贸易在病毒传播中的潜在作用。病毒诱导的观赏性状（如脉黄化）可能被无意识地选育，从而加速了病毒随寄主植物的扩散。

该研究的意义重大。它极大地扩展了我们对水生植物病毒圈的认识，为病毒进化生态学提供了新的见解。更重要的是，它向人们敲响了生物安全的警钟。未经严格检疫的观赏水生植物贸易，可能不仅是外来入侵植物的来源，也可能是新发植物病毒的传播渠道。随着气候变化，媒介昆虫（如烟粉虱Bemisia tabaci）的分布区可能扩大，增加了病毒从已建立的外来水生植物溢出到本地植被乃至农作物的风险。因此，加强对观赏水生植物贸易的病毒监测和风险评估，对于保护农业安全生产和维护生态系统健康至关重要。未来的研究需要进一步聚焦于这些新发现病毒的生物学特性，特别是它们在水环境中的存活和传播能力，以更全面地评估其生态风险。