防治作物病毒絕症的新方法:交互保護和轉基因抗性

 
2018/07/18 葉錫東 | 中興大學植物病理系國家講座教授     446
 
活動(演講)時間: 2018/04/01
 

農作物一旦生病,對農人與消費者來說都是損失,因此人類一直在尋找幫作物預防和治療疾病的方法。人稱「木瓜葉」的木瓜病毒防治專家、中興大學植物病理系國家講座教授葉錫東,在長年研究中,已經掌握了兩種最新而有效的方法:輕活體疫苗和轉基因作物,不僅可用於台灣,也具有全球應用價值。

 

木瓜的絕症:木瓜輪點病毒

 

木瓜是熱帶、亞熱帶很普遍的水果,不但好吃且健胃整腸,受到消費者歡迎。它生長快速,依現有技術種植後六個月就可以收成,理論上是很容易栽植的作物。然而世界各地的木瓜都很容易得到「木瓜輪點病毒」;這種病毒由蚜蟲傳播,可說是木瓜的絕症,一旦得病便無藥可治,使大規模商業生產木瓜變得極為困難。

 

台灣採用的一種方法是利用網室栽培,以杜絕蚜蟲傳播,效果良好。網室栽培的缺點是造價昂貴,一遇颱風則損失慘重,使用過後的網室材料還會成為塑膠廢棄物,造成環保問題,也因此不適於繼續推廣。

 

輕症活體疫苗的應用

 

幫作物「打疫苗」的概念,在20世紀前葉便已經發展;做法是幫作物接種輕症活體疫苗,感染輕症病毒的作物如果不會產生病癥,強病毒感染時就不會生病,成為不生病的個體。

 

這種方法的主要步驟,在於發展出輕症疫苗。過去曾用亞硝酸誘變的輕症病毒成功發展疫苗,保護台灣及夏威夷的木瓜不被夏威夷的木瓜輪點病毒打敗。大量接種輕症疫苗,在實行上也很方便,台灣從1984年到1993年間便接種了400多萬棵木瓜,堪稱規模龐大而成功的世界先例。

 

疫苗的問題在於,只要病毒有些差異,同樣的疫苗便沒法完全解決問題。已知在台灣、夏威夷、泰國和越南的病毒都有差異,因此需要從當地主要病毒建構輕症疫苗,也就是做出「客製化」疫苗,而且必須迅速有效,即使病毒發生變化,也能馬上應付。

 

客製化輕症疫苗的新方法,葉錫東團隊也已經達成,主要是透過突變把病原性去除。目前利用台灣病毒產生的輕症疫苗,不僅對台灣的病毒100%有效,對夏威夷、泰國的病毒也有相當程度的效果。新的台灣輕症疫苗也已確認不會經由蚜蟲傳染給其他作物,可以在田間安全使用。這樣的新方法只要兩天就可初步發展出來,大約兩個月評估效用,十分快速。

 

以毒攻毒的基因轉殖策略

 

另一種對抗病毒的做法,是讓木瓜帶有特殊基因,可以對病毒免疫。基本概念在1985年就已經有了,方法是把病毒的特定基因片段轉殖入木瓜,事先刺激木瓜在RNA的層次針對病毒產生具專一性「免疫反應」(稱為RNA沉寂作用),便可使木瓜對特定病毒產生抗性。

 

利用這種以毒攻毒的策略,葉錫東團隊經過數年的溫室及田間試驗,已經證實對台灣的木瓜輪點病毒有免疫能力,對世界其他地區(夏威夷、泰國、墨西哥)的病毒也有抗性,應用價值極高。而且這種轉基因木瓜不會產生病毒的蛋白質,沒有毒性及過敏性的顧慮,事實上在1998年美國便已有此類作物上市。

 

在研究過程中,葉錫東團隊也找到對付「木瓜畸葉嵌紋病毒」的轉基因方法,研發出雙抗轉基因木瓜,可同時對付兩種病毒;後來甚至再加上對抗「超強木瓜輪點病毒」的能力,成為超抗的轉基因木瓜。

 

之後葉錫東團隊使用傳統育種方法,把單抗、雙抗及超抗的木瓜研發出抗病毒木瓜雜交品系,已育成具有全球應用價值的超級木瓜。經過漫長的試驗,目前已申請台灣和中國大陸的栽培許可,可望讓具有抗性的轉基因木瓜立足田間,更有效率地生產健康的木瓜,提供給消費者。【整理|科學人】

 

延伸閱讀

  1. 基因工程再造栗樹森林,《科學人》2014年3月,http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=featurearticles&id=2399