《美国科学院院刊》(PNAS)25日在线发表了浙江大学一项研究成果,揭示了田间“超级害虫”——烟粉虱一种令人生畏的技能,从而为对抗虫害提供了重要基础。

  浙大昆虫科学研究所王晓伟教授课题组这项历时6年的研究发现,这种身长不过1毫米的害虫,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。这一“秘密武器”或许是烟粉虱遍布全球,为害600多种植物的关键。

  “昆虫危害植物并不是一个单向的过程,植物也会反抗。”王晓伟说,植物在识别昆虫和病原菌的侵害后,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。

  但面对烟粉虱时,植物们的“不”字却说不出口。王晓伟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。此前,人们一直不知道它们对植物做了什么。

  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。

  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,我们就直接分析里面增加的蛋白。”王晓伟说。

  博士研究生徐红星说,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。”王晓伟说,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,“我们发现,入侵型烟粉虱分泌Bt56的能力要比本地烟粉虱旺盛许多倍。”王晓伟说,入侵型烟粉虱的“弹药库”比本地烟粉虱充沛许多,这就不难解释两者相差悬殊的战斗力了。

  抗病或者抗虫,这是科学家们的育种目标。“鉴于植物病毒变化快,抗性产生快,培育具有抗病能力的作物挑战很大,而培育具有抗虫能力的品种也是一种重要的、有效的路径。”对此,科学家有了初步设想。他们发现,Bt56蛋白是烟粉虱抑制植物防御的一个关键武器。“如果人类能培育出可抵御Bt56攻击的的抗性品种,或者通过基因沉默抑制烟粉虱产生这个关键武器,在植物和昆虫的军备竞赛中取得领先优势,这样的植物就能成功拒绝害虫的‘改造’,免于灭顶之灾。”王晓伟说。