竹為四君子之一，提供我們食衣住行育樂生活上各種不同的實際用途，也乘載著獨特的生態價值。竹筍筍質清脆爽口，為台灣極重要且受歡迎的高纖蔬菜，年產值約115億，但台灣竹類長期以來被竹嵌紋病毒（Bamboo mosaic virus, BaMV）所危害，對竹林的生長造成嚴重的威脅。當竹子感染竹嵌紋病毒後，不僅竹筍質地變得粗糙堅硬，口感變差，嚴重損害竹筍品質（圖一），且產量減少將近50％，造成筍農重大經濟損失，也對竹林產業的永續發展構成威脅。在這篇專訪文章中，我們來認識林納生特聘研究員過去數十載的研究歷程，例如：如何利用生物技術對抗竹嵌紋病毒，以及善用植物病毒的特性來造福台灣農產的有趣歷程。
(A) 葉片出現嵌紋病徵
(B,C)竹籜(B)及竹筍(C)出現黃褐色條紋，且竹筍質地變硬。
與竹子的因緣際會源於一段充滿深厚情感的家族歷程
林納生研究員的父親—林維治先生是竹類分類的權威，對竹類栽培的研究更是造詣深厚。林研究員在完成碩士學業後，曾於林業試驗所擔任研究助理，歷時三年。在這段寶貴的時光中，她有許多機會與父親及林試所其他林業專家一同探訪各個分所、工作站及各地竹林。在這段實地探訪期間，林納生研究員意外地發現竹嵌紋病毒對竹子造成許多嚴重的損害，如：多處的竹筍栽培地染病率幾乎達到100 %，十分驚人。這一發現除了激發她對竹子的深刻關切外，也成為她未來研究竹病毒科研生涯的契機。她提到，讀書時期經常聽到一句名言：「科學是為了造福人類」，當她看到竹農對她父親的敬重及感激後，深刻體會到，原來科學研究確實能對人類帶來巨大的貢獻。
為竹嵌紋病毒進行身世調查 意外發現病毒組成的複雜性和特殊性
台灣的地理位置位於亞洲熱帶和亞熱帶的交界處，擁有獨特的氣候特點，高濕、高溫的環境使台灣成為孳生植物病原菌的溫床。林納生研究員最初專攻植物病毒細胞病理學，於1990年前往威斯康辛大學從事分子病毒學研究，而在回國後即開展了多個植物病毒研究項目。儘管竹嵌紋病毒首度於1977年在巴西發表，然而台灣是全世界竹嵌紋病毒危害最嚴重的地區，對竹產業造成巨大損失，卻極少受到重視。她深知此情況影響之嚴重性，因此決心要投入竹嵌紋病毒的防治工作，並對這課題進行深入的研究，希望能對竹產業有所助益，而為台灣農業注入新的活力。
在林研究員研究過程中，意外地有個令人驚訝的發現，就是這個病毒攜帶了一種稱為衛星核酸（satellite RNA）的病毒分子。這種衛星核酸長約840個核苷酸，它必須完全依賴竹嵌紋病毒才能進行複製、包覆和在植物體內移動。有趣的是，一些特殊的衛星核酸具有干擾病毒的功能，它們可以抑制竹嵌紋病毒的複製，繼而減輕了病毒引起的病徵。這個發現也開啟了以衛星核酸成為防治竹嵌紋病毒的潛在新策略。
基於發現這些衛星核酸的特殊性質，林納生研究員邀請了當時臺灣大學、中興大學以及中研院的學者們，組成了一支厚實的研究團隊。他們的目標是深入瞭解這個潛在的竹子殺手，試圖探索防治此一病毒的方法。因此，這個研究團隊先後分工合作地完成了病毒的基因體定序、基因結構的解析、基因表現和其調控機制的研究，以及剖析病毒細胞病理暨生態分析等等。在這段研究期間，林納生研究員為了了解竹嵌紋病毒在世界各地的發生狀況、病毒基因變異以及病毒間的親緣關係等等，她多次前往中國、越南、馬來西亞及印度等亞洲地區及美國等地進行採集及生態調查，更應邀至巴西，在當地種植60年以上的老竹，也是最初發現感染竹嵌紋病毒的竹株 （圖二），偵測到無數的病毒缺陷RNA （defective RNA），時至今日這株老竹，是非常罕見的RNA病毒材料。提供了研究病毒RNA重組發生及變異最好的材料。
團隊的研究奠定了病毒的分子生物學、細胞生物學以及演化親緣關係之良好基礎。近年來，此團隊更聚焦於病毒與植物間之攻防戰，揭露了許多植物對抗病毒之基因功能，也發現病毒截取寄主細胞的許多重要生理代謝基因，並利用這些基因為其繁衍後代。透過團隊長期的努力，無疑的，竹嵌紋病毒已成為長絲狀病毒-馬鈴薯病毒群（Potexvirus）中最完整的病毒系統。
突破75年瓶頸 成功建構長絲狀彎曲病毒的立體結構模型
一般而言，長形病毒大致可分成桿狀病毒與長絲狀彎曲病毒兩種外型，竹嵌紋病毒屬於長絲狀病毒（圖三, A），由於它的彎曲形狀無法整齊排列成液態結晶體，已純化之外鞘蛋白亦很難長成晶體來提供研究。相反地，桿狀病毒相對容易互相整齊排列成液態結晶體。因此，儘管長絲狀彎曲病毒自1941年以來，科學家就陸續嘗試各種方法研究高解析度的3D立體結構，卻未獲成功。直到林納生研究團隊運用冷凍電子顯微鏡和美國艾吉曼教授（Dr. Edward H. Egelman）合作，並利用其所開發的「螺旋立體結構重組軟體」（IHRSR）成功解析出竹嵌紋病毒3D原子等級立體結構 （圖三, B）。這項研究一舉突破75年來病毒學家的瓶頸，研究成果刊登於《自然結構與分子生物學》（Nature Structural and Molecular Biology）期刊（2015）。此項工作成果不僅有助於對病毒組裝、感染過程與結構穩定度等之了解，也對未來研究病毒鞘蛋白的多重功能以及病毒載體的開發，奠定了很好的基礎。
(A)以電子顯微鏡陰染法呈長絲狀病毒
建立竹類組織培養無病毒再生體系
由於竹子為無性繁殖作物，大部分經由地下莖進行增殖，感病的竹子會因此將病毒代代相傳，綿延不絕。同時，竹類有數十年不開花，開花即枯死之特性，因此幾乎無抗病育種可言。有鑑於此，研究團隊和當時植物所張唯勤研究員合作發展竹分生組織培養，建立無病毒健康竹類再生體系。感病的竹株雖然在根、地下莖、竹桿、竹籜、竹葉和竹筍的各個部位都可能受到病毒系統性感染，然而，研究發現，在竹子的分生組織生長點，有一小部分細胞是沒有被病毒感染的。因此，團隊從這些生長點中截取健康細胞進行培養，繁殖出無病毒的竹株，為農民提供了健康的種苗。另外，和中興大學胡仲祺教授合作研究，也發現竹林中有兩種雙翅目昆蟲，分別是腹帶實蠅（Gastrozona fasciventris）及東方芒蠅（Atherigona orientalis），可經由吸食竹筍上的傷口來傳播竹嵌紋病毒，確認此一傳播途徑後，提供了農民更多有效的防範措施。因此，綜合無病毒苗的生產和媒介昆蟲的防治，農民可以有效的防治竹嵌紋病毒病害。
利用竹嵌紋病毒作為載體 成功發展出動物疫苗
二十一世紀初期，「分子農場」為熱門顯學，由於植物病毒更擁有能在宿主迅速繁殖且表達量比一般轉殖植物高出數倍至數百倍的特性，於是，林納生研究員和中興大學徐堯煇教授、農生中心楊淑美研究員合作，開發以竹嵌紋病毒為載體來生產動物疫苗，首先以豬口蹄疫病毒疫苗為開發平台。因為台灣曾在1997年爆發大規模的口蹄疫疫情，導致整體產業損失數千億元，更損害了豬肉內外銷市場。研究團隊嘗試將口蹄疫病毒蛋白基因片段嵌入竹嵌紋病毒的基因體中，使口蹄疫病毒的結構性抗原胜肽能夠附著在竹嵌紋病毒雜合體表面上，利用雜合體病毒在植物體中持續複製的特性而大量表現。這是研究團隊首次開發出以豬口蹄疫病毒胜肽，來製作及生產抗原疫苗成功的實例。這項病毒載體平台技術後續也取得智財專利及技轉，建立以竹嵌紋病毒載體生產有用疫苗、藥物等基礎，可在植物上大量表達外源蛋白質及胜肽抗原，生產疫苗和醫藥用蛋白質，也可在感病植物宿主進行功能性基因分析。
透過林納生博士及其研究團隊幾十年的不懈努力，竹嵌紋病毒，這個曾經默默無聞的病毒，如今已站穩國際科學界的舞台，成為引人關注的研究對象。他們的工作不僅為科學界帶來了榮耀，同時也為農業生物技術和生物科技領域作出了卓越的貢獻。這支團隊的努力和熱情除了為台灣帶來光輝外，也為全球研究絲狀病毒的科學家們帶來了無限的鼓舞。林納生研究員及其研究團隊的工作，無疑已經改變了我們對竹嵌紋病毒的理解，同時也開啟了更廣泛的生物科技研究領域。
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植微所：https://ipmb.sinica.edu.tw/ch/people/ipmb_researchers/lin-na-sheng