浙大学者从“超级害虫”的口水中发现：害虫如何削弱植物的抵抗力-ag凯发真人

身长一毫米的烟粉虱（摄：钱力鑫）

导语：12月召开的浙江大学首届生命科学大会上，浙江大学农学院的刘树生教授展示了一张虫子的照片，几百双人类的眼睛齐刷刷的看向它——烟粉虱，田间唯一具有“超级害虫”称号的物种。浙大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”。 相关论文于12月25日在线发表在pnas（《美国科学院院刊》）上。

撰文 | 周炜

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。”王晓伟说，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，面对一种叫烟粉虱的害虫时，植物们的“不”字却说不出口。诞生于地中海沿岸的小虫子烟粉虱，1毫米长的小小身板，能量却异常强大，如今几乎和人类一样遍布全球，600多种植物都稳稳列在它们的“菜谱”上。著名科学杂志《自然》、《科学》，都将“超级害虫”的称号赐予烟粉虱。

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？”王晓伟想，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。

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。“而对于虫子，人类还知之甚少。”刘树生说。

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。”刘树生说，这位博士生寻找了3年，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？”刘树生说，当时，自己学生物专业的儿子也不看好老爸的研究。“后来，我们改进了试验方法，终于有了新发现。” 博士研究生徐红星接棒，继续着对于烟粉虱唾液的研究。

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。

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。

盖茨基金会资助的非洲木薯项目自2014年启动以来，全世界13个实验室的科学家每年碰一次头，讨论研究进展和应对措施。刘树生教授12月初刚参加了在坦桑尼亚召开的2018年会，会上，他向同仁们介绍了这项最新发现：找到一个蛋白，它帮助烟粉虱“改造”了植物，让害虫越活越好。刘树生认为，这是为培育抗虫作物指明了一条道路。

王晓伟教授参加非洲木薯烟粉虱项目时在田间采集烟粉虱（图片来源：www.cassavawhitefly.org）

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。