“超级害虫”——烟粉虱（下）

（接上期）

“母婴”传播？出生即成杀手

长期以来，通过带毒烟粉虱取食植物，把病毒传播到健康植株，是科学家们公认的双生病毒传播途径。过去50年间，曾有多位科学家提出，病毒是否会在烟粉虱“母婴”间垂直传播呢？但是，大部分研究并不支持带毒烟粉虱可以通过卵把双生病毒传给自己的后代成虫。

几年前，浙大农学院昆虫科学研究所王晓伟教授团队的博士生卫静动了好奇心，她设计了一项实验，培育不同虫龄的烟粉虱成虫，观察其后代的带毒情况。实验结果令人吃惊：不同的阶段，病毒“卵传”情况存在很大差异。

在解剖上千头烟粉虱并反复试验后，课题组确认了这一事实：烟粉虱成虫的生命周期是30天左右，到烟粉虱雌性成虫长到第10天左右时，它们产下的卵也会“自带”病毒。虽然刚孵化出的烟粉虱雌性成虫也能产卵，但它们的后代几乎不带毒。只有已怀有大量成熟卵子的成虫才能高效垂直传播病毒。也就是说，部分烟粉虱的宝宝从出生第一天起，就是一枚带毒的“杀手”！病毒不但“武装”了“妈妈”，还武装了“宝宝”。换言之，即使上一代已经“阵亡”，等下一代发育为成虫，仍能够迁移到新的植物上继续传毒。

这是科学界第一次发现植物病毒是否经卵传播与介体昆虫的发育阶段有着密切关系，为研究其他病毒经卵传播的特性提供了新的视角，加深了人们对于田间病虫害发生的认识。这一研究结果提示田间双生病毒防控策略和方法可能需要做重大改进。同时，还将促使目前全球各国改进有关烟粉虱和双生病毒的检疫方法。

以往为了阻止病毒传播，人们会在作物地周围铲除病毒寄主植物，但大多低效甚至无效，现在知道什么原因了。病毒在没有其寄主植物的环境中，还能在其媒介昆虫体内悄悄地传宗接代，随后在遇到适合的寄主植物时再发动新一轮的攻击。

近30年来，番茄黄化曲叶病毒借力烟粉虱，已入侵全球50多个国家，对农业生产造成重大危害。而病毒经卵传播这一“秘密通道”，显著增强了病毒传播和扩散的效率，可能是番茄黄化曲叶病毒在全球快速入侵并造成严重危害的重要机制之一。

“口蜜腹剑”换来的“神助攻”

浙江大学昆虫科学研究所王晓伟课题组经过6年研究发现，烟粉虱具有“口蜜腹剑”的生存技能，它的唾液中存在一种特殊的蛋白，它不仅能降低植物的抵抗力，还能让害虫们更加生机勃勃。或许，烟粉虱正是倚仗这一秘密武器成为了“超级害虫”，该研究成果在线发表在《美国科学院院刊》上。

自然界中，植物会受到多种昆虫和病原菌的持续危害。昆虫吃菜并不是一个单向的过程，植物也会反抗。植物在识别侵害后，能够通过激素启动相应的防御，就像在说：“走开！不要吃我！”例如，多数植物遭到昆虫蚕食时会分泌一种茉莉酸的激素，它能启动植物体内的抗虫反应，比如分泌杀虫物质，让虫子知难而退，兴许能逃过一劫。

然而，植物们面对烟粉虱时，“不”字却说不出口。

王晓伟教授发现了一个奇怪的现象：被烟粉虱吃过的烟草，抗虫力反而下降了。植物体内的水杨酸通路被激活，抑制了茉莉酸的抗虫反应。它们对植物做了什么？答案可能藏在虫子的唾液里。在这之前，还没人弄清植物与烟粉虱之间到底发生了什么。

像人类一样，昆虫也一边吃东西一边分泌唾液。作为刺吸式口器昆虫的代表烟粉虱在进食时，先找到茎或者叶片背面相对柔软的部位，然后将口针刺入植物负责运输营养物质的韧皮部中吸取汁液，这时，它们“吐”的口水也进入了植物的体内。“就像蚊子叮人，它一边吸血一边吐口水，让血液凝固得慢一点，烟粉虱可能也有类似的技能，调节寄主植物的反应。”王晓伟猜测，烟粉虱可能将“神助攻”藏在了唾液里。

2012年，位于美国西雅图的盖茨基金会总部举行过一次科学家集会，16位世界各地研究植物保护的顶尖学者聚在一起，讨论非洲的木薯危机。木薯是非洲人民的主粮，支撑着全球5亿人的口粮。但是“超级害虫”烟粉虱入侵非洲后，噩梦随之而来，这种害虫不仅吃木薯，还传播致命的双生病毒，大量木薯一病不起，甚至大面积绝收。盖茨基金会决定投入2000万美元，设立专项支持全世界的聪明脑袋来化解木薯危机。

浙大农学院刘树生教授也受邀参加了这次“聪明脑袋”对抗“超级害虫”的头脑风暴。他在会上表达了一个观点：应对木薯危机，防虫和抗病缺一不可，因为烟粉虱和双生病毒“狼狈为奸”才造成木薯的灭顶之灾。

回到浙江大学后，刘树生和王晓伟共同指导一位博士生研究烟粉虱的唾液。很多科学家试图在蚜虫、飞虱、烟粉虱的唾液中寻找线索，但是进展很慢。这位博士生寻找了3年，依然没有找到蛛丝马迹。烟粉虱整体才1毫米大，它的唾液腺更小，怎么解析其中的蛋白呢？后来，课题组通过改进试验方法，终于有了新发现。

课题组收集了几万头烟粉虱的唾液，再从唾液中分离鉴定相关蛋白。你可能会问，几万头的烟粉虱，那得有多少口水呢？科学家说，他们让烟粉虱们分批取食在实验皿里备好的人工“饲料”——是一种烟粉虱喜欢吃的糖，它们一边吃一边把口水吐在里面，然后就直接分析里面增加的蛋白。

他们锁定了一种Bt56的蛋白，这正是课题组苦苦寻找的“神助攻”。当Bt56通过唾液传入烟草韧皮部，它与烟草中的一个转录因子（NTH202）结合，诱导水杨酸分泌。而水杨酸的升高抑制了抗虫“利器”茉莉酸的分泌，这样，植物就对虫子失去了招架能力。

课题组让烟粉虱分批次取食烟草，结果发现：在先头部队取食后，第二、第三批的“食客”们繁殖得更快，群体数量越来越大。这个现象表明，被唾液“改造”之后的植物，能让害虫活得更好。课题组还做了一个反向实验，抑制烟粉虱Bt56蛋白的分泌。失去了“神助攻”，烟粉虱的存活和繁殖显著下降，活得没那么舒坦了。

课题组还对入侵型和本地烟粉虱进行对比，发现入侵型烟粉虱分泌Bt56的能力要比本地烟粉虱旺盛许多倍。入侵型烟粉虱的“弹药库”比本地烟粉虱充沛许多，这就不难解释两者战斗力为何相差那样悬殊了。

以子之矛，攻子之盾

长期以来，人们不明白烟粉虱为什么能有如此广泛的寄主适应性，为什么又禁而不绝。如今，这个秘密被揭开了。

中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军团队在国际学术期刊《细胞》上在线发表了一项研究成果，该成果揭示“超级害虫”烟粉虱如此厉害的“密码”。这个“密码”的破解能为粮食、蔬菜的害虫防控提供怎样的新思路呢？

一直以来，人们对烟粉虱采取诱杀类的物理防治、喷药类的化学防治以及释放天敌这类的生物防治，但始终不能根治。张友军团队经过20年的不懈努力，终于发现了烟粉虱与植物之间“你来我往”的关键基因。原来，植物和昆虫在长期进化过程中，昆虫吃植物后，植物会产生一些防御反应，它会产生一些次生代谢产物叫酚糖。这个产物对昆虫是有毒的，所以昆虫吃了以后，植物就会产生一些有毒物质，以此来抵抗昆虫的危害。但是这些物质太多对植物本身也是有毒的，所以植物在昆虫危害的时候，它才产生这些物质来抵抗，当它不需要的时候就要降解这些有毒的物质就是酚糖，需要一种酶来降解，叫丙二酰基转移酶。

我们可以将植物中用来防御昆虫的酚糖比喻成“盾”，用来降解酚糖给自身解毒的丙二酰基转移酶比喻成“矛”。张友军团队发现，烟粉虱中存在植物源的水平转移基因，也就是“偷”了植物里的“矛”，变成自己用来攻击植物的“利器”，令植物无从防御。张友军说：“在我们的研究中发现了一种现象，烟粉虱‘偷窃’了植物体内能降解酚糖的基因，就是丙二酰基转移酶基因，它能够抵抗植物的次生代谢产物，进而抵抗植物的防御反应，所以烟粉虱就能够吃这个植物了。”

这项研究成果揭示了烟粉虱能够解毒植物毒素，从而导致它广泛寄主适应性的基因“密码”。由此可见，烟粉虱当真是掌握了“以子之矛，攻子之盾”的技巧，并且用得如鱼得水，这么长时间没被发现。这个研究还证明，水平基因转移在原核生物之间经常发生，通常认为是原核生物进化的驱动力。越来越多的证据表明，水平基因转移也是真核生物适应性进化的重要因素。这个研究也为找到其他植物害虫的“密码”探明了方向。同时也启发我们，或许可以通过特定方式改造植物基因，赶走烟粉虱，且不伤害授粉的有益昆虫。

转基因可解锁“密码”

找到了烟粉虱厉害的“密码”，怎么攻克它呢？张友军团队制定了一种策略，来破解烟粉虱窃取的“超级力量”，也就是利用RNA干扰烟粉虱的丙二酰基转移酶基因，让它对这种植物有毒化合物敏感。团队构建了表达该发夹RNA的转基因番茄品系，发现这个转基因番茄品系能够完全控制烟粉虱危害。用RNA干扰的方式把这个基因的片段转到植物里面，在植物里表达。烟粉虱吃了这个转基因的植物以后，它的丙二酰基转移酶基因就会被干扰掉，它就没有攻击植物的酚糖的能力，就不能代谢这个次生代谢产物了，所以就可能用于防治这个害虫。在番茄上做的这个试验，效果非常好。烟粉虱吃了这个转基因植物后就100%死亡了。

该研究成果为新一代靶标基因导向的烟粉虱田间精准绿色防控技术的研发提供全新思路。运用这种转基因的办法，将来植物或许再也不用通过打农药来防治烟粉虱了。（全文完）