万物生长靠太阳。全部太阳辐射能中，波长在0.15～4μm之间的占99%以上，可见光区占太阳辐射总能量的约50%，红外区占约43%。光疗法即利用光线的辐射能治疗疾病的理疗法。光疗主要有紫外线疗法、可见光疗法、红外线疗法和激光疗法。近红外光 NIR (>780 nm) 在人类疾病治疗中被广泛用作抗菌和抗病毒治疗技术，同时也已广泛应用于农业的各种用途，如农产品检测、病虫害检测、育种和林业 (Schulz, 2004; Tsuchikawa et al., 2022)，但生物识别NIR光受体以及NIR除了热效应外的其他功能机制尚不清楚。
中国科学院微生物研究所叶健团队长期从事植物抵御虫媒病毒免疫网络解析，并通过先进生物技术手段发展抗虫媒病毒传播的新方法 (Li et al., 2014; Wu et al., 2019; Ye et al., 2021; Zhao et al., 2019; Zhao et al., 2021)。在前期研究中该团队发现PIF转录因子具有抗虫媒昆虫的新功能，而病毒通过编码βC1蛋白 “机智”地靶向多个PIF转录因子来抑制植物抗虫能力，加速病毒传播 (Zhao et al., 2021)。2023年6月30日，叶健团队在Plant Communications在线发表了题为 “Near infrared light and PIF4 promote plant antiviral defense by enhancing RNA interference” 的研究论文。该研究进一步深入研究，发现近红外光NIR（810 nm）处理提高植物的抗病毒反应，同时鉴定了转录因子PIF4具有抗多种DNA和RNA病毒的功能，且在NIR光处理后积累水平显著增加，并通过转录激活植物的RNAi进而激活植物免疫反应。
已发现的双生病毒超过460种，严重危害了我国和世界重要农作物的产量和品质。首先, 研究人员利用不同光波的LED灯处理双生病毒侵染的植物，发现与其他光处理相比，NIR光处理可以更好的提高植物对双生病毒的抗性。随后通过转录水平和蛋白表达水平鉴定到NIR处理后光信号关键转录因子PIF4的 mRNA和蛋白水平显著增加，说明PIF4可能在近红外光增强植物抗性的过程中发挥重要作用。接着，研究人员利用Crispr/Cas9技术编辑植物体内的PIF4基因，发现PIF4敲除后，编辑植物对双生病毒和RNA病毒（芜菁花叶病毒，马铃薯Y病毒科）均更加感病，表明PIF4具有广谱的抗病毒作用。随后，通过转录组分析和分子生化实验证明PIF4可以结合RDR6/AGO1的启动子并促进二者的转录表达，从而激活下游的RNA沉默途径，提高植物的抗病毒防御反应。
图1. 近红外光NIR提高植物的抗病毒作用
总结，该研究发现近红外光NIR照射后促进植物PIF4的积累，从而增加RDR6/AGO1基因的转录，提高下游RNAi介导的抗病毒反应。然而，双生病毒通过编码βC1蛋白靶向NbPIF4抑制其转录活性，进而拮抗PIF4介导的RNAi抗病毒作用。该研究揭示了利用NIR光处理和PIF4增强植物对抗病毒的新方法。由于大多数农业重要病毒均由虫媒传播，结合该团队发现的远红光调控作物抵御虫媒昆虫的方法，光疗法大大拓宽了植物病毒防控的物理学工具箱，为绿色防控病毒病害提供了新思路。考虑到光信号通路和RNAi在高等生物中的保守性，该研究对于人类和动物的病毒疾病提供了借鉴。
图2. NIR和PIF4调控植物抗病毒的工作模型
中国科学院微生物研究所助理研究员张璇和在读博士生王端为论文的共同第一作者，叶健研究员为论文通讯作者，方荣祥院士参与指导该工作。该研究得到国家自然科学基金委杰出青年项目（32125032）、重点项目（31830073）和青年基金（31901853）的资助。
参考文献
Schulz, H. (2004). Near-Infrared Spectroscopy in Agriculture (Near-Infrared Spectroscopy in Agriculture).
Zhao, P., Zhang, X., Gong, Y., Wang, D., Xu, D., Wang, N., Sun, Y., Gao, L., Liu, S.S., Deng, X.W., et al. (2021). Red-light is an environmental effector for mutualism between begomovirus and its vector whitefly. PLoS Pathog 17:e1008770. 10.1371/journal.ppat.1008770.
