我國科學(xué)家在《Cell》雜志發(fā)表有關(guān)農(nóng)業(yè)害蟲煙粉虱重磅研究論文
既不兇神惡煞，又非丑陋不堪，相反還帶著一點(diǎn)柔弱，一絲嬌嫩。這樣一個(gè)白色或者灰黃色的，比芝麻粒還小的小飛蟲，竟然被聯(lián)合國糧農(nóng)組織認(rèn)定為世界第二大害蟲，也是迄今為止唯一被冠以“超級(jí)害蟲”的農(nóng)業(yè)害蟲。它，就是煙粉虱。
張友軍研究員介紹20年來團(tuán)隊(duì)對(duì)煙粉虱的研究過程。
100多年前，煙粉虱最早在希臘的煙草上被發(fā)現(xiàn)，故而得名。在20世紀(jì)80年代以前，煙粉虱主要是在一些產(chǎn)棉國如蘇丹、埃及、印度、巴西、伊朗、土耳其、美國等國家的棉花上造成一定損失，很長(zhǎng)一段時(shí)間不是中國主要的農(nóng)業(yè)害蟲。自上世紀(jì)90年代中后期，該蟲陸續(xù)在全國范圍內(nèi)發(fā)生危害，其中對(duì)蔬菜、棉花等作物生產(chǎn)危害最為嚴(yán)重。在北京，煙粉虱對(duì)黃瓜、番茄、茄子、甜瓜和西葫蘆的危害損失，嚴(yán)重時(shí)可達(dá)七成以上。
煙粉虱不僅通過刺吸作物的汁液造成直接傷害，還能分泌蜜露誘發(fā)煤污病等植物真菌病害，傳播300余種植物病毒病。2009年，僅煙粉虱傳播的番茄黃化曲葉病就給我國番茄產(chǎn)業(yè)造成了100多億元的損失。它幾乎什么都能吃，超過600余種植物都是它的盤中餐，而且適應(yīng)性極強(qiáng)，很容易暴發(fā)成災(zāi)。更令人頭疼的是，煙粉虱還具有發(fā)展抗藥性的巨大潛力，目前已經(jīng)顯示出對(duì)超過50種殺蟲劑有效成分的抗性。
科學(xué)家告訴我們，在大自然奇妙的進(jìn)化過程中，植物能夠產(chǎn)生一些有毒的物質(zhì)來保護(hù)自己，減少昆蟲侵害，如酚糖就是常見的植物防御化合物。但有些專食性昆蟲如楊柳科的專食性害蟲，也進(jìn)化出了一種特異的解毒酶來解毒酚糖。俗話說，一物降一物，這些我們也好理解。然而，像煙粉虱這種雜食性害蟲是靠什么絕招破解多種植物的防線呢？
2021年3月25日，《Cell（細(xì)胞）》雜志在線發(fā)表中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所張友軍團(tuán)隊(duì)題為“Whitefly hijacks a plant detoxification gene that neutralizes plant toxins”的研究長(zhǎng)文，揭示了煙粉虱廣泛寄主適應(yīng)性的分子機(jī)制，提出防治煙粉虱全新路徑。這是我國農(nóng)業(yè)害蟲研究領(lǐng)域的首篇Cell文章，并被選為《Cell》的封面文章將于2021年4月1日正式出版。
《Cell》為一份同行評(píng)審科學(xué)期刊，主要發(fā)表生命科學(xué)領(lǐng)域中的最新研究發(fā)現(xiàn)，與《自然》和《科學(xué)》并列，是全世界最權(quán)威的三大學(xué)術(shù)期刊之一。
謎底現(xiàn)在已經(jīng)被揭開，因?yàn)椤白儜B(tài)”的煙粉虱身上揣著一份“萬能解藥”——破解煙粉虱為害的路徑也就豁然開朗了。
張友軍研究員經(jīng)過持續(xù)20年的研究，發(fā)現(xiàn)煙粉虱是通過從植物內(nèi)部“竊取”了人家自家的“解藥”才得以大快朵頤的。對(duì)植物來說，由酚糖丙二酰基轉(zhuǎn)移酶（PMaT）催化的酚糖丙二酰基化反應(yīng)對(duì)保障自身安全非常重要，過量的酚糖對(duì)植物本身生長(zhǎng)發(fā)育不利，所以植物就利用PMaT基因代謝酚糖，以降低對(duì)其自身不利的影響。也就是說，這種基因就是植物的獨(dú)門“解藥”。說煙粉虱“變態(tài)”，就是它竟然通過水平基因轉(zhuǎn)移的方式獲得了BtPMaT1基因 ， 具備了對(duì)酚糖的解毒能力。研究表明，該“盜竊”行動(dòng)數(shù)千萬年前就已經(jīng)完成了。
論文通訊作者張友軍研究員（中）和第一作者夏吉星副研究員（左）、郭兆將研究員（右）在實(shí)驗(yàn)室觀察番茄上煙粉虱的實(shí)驗(yàn)情況。
水平基因轉(zhuǎn)移也是一個(gè)專業(yè)的科學(xué)概念，是相對(duì)于垂直基因轉(zhuǎn)移（親代傳遞給予代）而提出的，它打破了親緣關(guān)系的界限，使基因流動(dòng)的可能變得更為復(fù)雜。我們可以這樣理解，大自然奧秘?zé)o窮，萬千物種都想方設(shè)法拓展自己的生存空間，“萬類霜天競(jìng)自由”嘛！通過基因轉(zhuǎn)移獲得的新性狀可以使物種得以利用新的資源，占據(jù)更優(yōu)的生態(tài)位置。煙粉虱就是這樣一個(gè)幸運(yùn)兒，通過這種巧妙的進(jìn)化方式，擴(kuò)展了自己的“食譜”，手中有糧，心中不慌。
有專家認(rèn)為，本研究首次利用生物信息學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)、轉(zhuǎn)基因、生物學(xué)測(cè)定等方法多個(gè)層面證明，煙粉虱利用植物自身基因代謝植物產(chǎn)生的有毒次級(jí)代謝產(chǎn)物，正如我國戰(zhàn)國時(shí)期著名思想家韓非子所寫的“以子之矛攻子之盾”，是大自然的神奇造化。
但對(duì)于損害人類利益的生物“軍團(tuán)”，我們還是要加以遏制的。
張友軍團(tuán)隊(duì)在論文中提出，干擾煙粉虱BtPMaT1基因，可能是控制這種全球性重大害蟲的高效方法。也就是說，想辦法讓它的“萬能解藥”失效。實(shí)驗(yàn)表明，持續(xù)干擾 BtPMaT1 基因，可以完全控制該害蟲的危害。專業(yè)人士認(rèn)為，這項(xiàng)研究將昆蟲的功能性水平基因轉(zhuǎn)移研究提升到一個(gè)新高度，是多食性昆蟲寄主適應(yīng)性進(jìn)化機(jī)制研究的重大突破。
