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身長一毫米的煙粉虱（攝：錢力鑫）

導(dǎo)語：12月召開的浙江大學(xué)首屆生命科學(xué)大會上，浙江大學(xué)農(nóng)學(xué)院的劉樹生教授展示了一張蟲子的照片，幾百雙人類的眼睛齊刷刷的看向它——煙粉虱，田間唯一具有“超級害蟲”稱號的物種。浙大昆蟲科學(xué)研究所王曉偉課題組經(jīng)過6年研究發(fā)現(xiàn)，煙粉虱具有“口蜜腹劍”的生存技能，它的唾液中存在一種特殊的蛋白，它不僅能降低植物的抵抗力，還能讓害蟲們更加生機(jī)勃勃?；蛟S，煙粉虱正是倚仗這一秘密武器成為了“超級害蟲”。 相關(guān)論文于12月25日在線發(fā)表在PNAS（《美國科學(xué)院院刊》）上。

撰文 | 周煒

自然界中，植物會受到多種昆蟲和病原菌的持續(xù)危害。“昆蟲吃菜并不是一個單向的過程，植物也會反抗?！蓖鯐詡フf，植物在識別侵害后，能夠通過激素啟動相應(yīng)的防御，就像在說：“走開！不要吃我！”例如，多數(shù)植物遭到昆蟲蠶食時會分泌一種茉莉酸的激素，它能啟動植物體內(nèi)的抗蟲反應(yīng)，比如分泌殺蟲物質(zhì)，讓蟲子知難而退，興許能逃過一劫。 

然而，面對一種叫煙粉虱的害蟲時，植物們的“不”字卻說不出口。誕生于地中海沿岸的小蟲子煙粉虱，1毫米長的小小身板，能量卻異常強大，如今幾乎和人類一樣遍布全球，600多種植物都穩(wěn)穩(wěn)列在它們的“菜譜”上。著名科學(xué)雜志《自然》、《科學(xué)》，都將“超級害蟲”的稱號賜予煙粉虱。

王曉偉教授發(fā)現(xiàn)了一個奇怪的現(xiàn)象：被煙粉虱吃過的煙草，抗蟲力反而下降了。植物體內(nèi)的水楊酸通路被激活，抑制了茉莉酸的抗蟲反應(yīng)?！八鼈儗χ参镒隽耸裁矗俊蓖鯐詡ハ?，答案可能藏在蟲子的唾液里。在這之前，還沒人弄清植物與煙粉虱之間到底發(fā)生了什么。

像人類一樣，昆蟲也一邊吃東西一邊分泌唾液。作為刺吸式口器昆蟲的代表，煙粉虱在進(jìn)食時，先找到莖或者葉片背面相對柔軟的部位，然后將口針刺入植物負(fù)責(zé)運輸營養(yǎng)物質(zhì)的韌皮部中吸取汁液，這時，它們“吐”的口水也進(jìn)入了植物的體內(nèi)?！熬拖裎米佣Ｈ?，它一邊吸血一邊吐口水，讓血液凝固得慢一點，煙粉虱可能也有類似的技能，調(diào)節(jié)寄主植物的反應(yīng)。”王曉偉猜測，煙粉虱可能將“神助攻”藏在了唾液里。

2012年，位于美國西雅圖的蓋茨基金會總部舉行過一次科學(xué)家集會，16位世界各地研究植物保護(hù)的頂尖學(xué)者聚在一起，討論非洲的木薯危機(jī)。木薯是非洲人民的主糧，支撐著全球5億人的口糧。但是，“超級害蟲”煙粉虱入侵非洲后，噩夢隨之而來，這種害蟲不僅吃木薯，還傳播致命的雙生病毒，大量木薯一病不起，甚至大面積絕收。蓋茨基金會決定投入2000萬美元，設(shè)立專項支持全世界的聰明腦袋來化解木薯危機(jī)。

劉樹生教授也受邀參加了這次“聰明腦袋”對抗“超級害蟲”的頭腦風(fēng)暴。他在會上表達(dá)了一個觀點：應(yīng)對木薯危機(jī)，防蟲和抗病缺一不可，因為煙粉虱和雙生病毒狼狽為奸才造成木薯的滅頂之災(zāi)?！岸鴮τ谙x子，人類還知之甚少。”劉樹生說。

回到浙江大學(xué)后，劉樹生和王曉偉共同指導(dǎo)一位博士生研究煙粉虱的唾液?！昂芏嗫茖W(xué)家試圖在蚜蟲、飛虱、煙粉虱的唾液中尋找線索，但是進(jìn)展很慢?！眲渖f，這位博士生尋找了3年，沒有找到蛛絲馬跡?！盁煼凼w才1毫米大，它的唾液腺更小，怎么解析其中的蛋白呢？”劉樹生說，當(dāng)時，自己學(xué)生物專業(yè)的兒子也不看好老爸的研究。“后來，我們改進(jìn)了試驗方法，終于有了新發(fā)現(xiàn)。” 博士研究生徐紅星接棒，繼續(xù)著對于煙粉虱唾液的研究。

課題組收集了幾萬頭煙粉虱的唾液，再從唾液中分離鑒定相關(guān)蛋白。你可能會問，幾萬頭的煙粉虱，那得有多少口水呢？科學(xué)家說，他們讓煙粉虱們分批取食在實驗皿里備好的人工“飼料”，“是一種煙粉虱喜歡吃的糖，它們一邊吃一邊把口水吐在里面，我們就直接分析里面增加的蛋白?！蓖鯐詡フf。

徐紅星說，他們鎖定了一種Bt56的蛋白，這正是課題組苦苦尋找的“神助攻”。當(dāng)Bt56通過唾液傳入煙草韌皮部，它與煙草中的一個轉(zhuǎn)錄因子（NTH202）結(jié)合，誘導(dǎo)水楊酸分泌。而水楊酸的升高抑制了抗蟲“利器”茉莉酸的分泌，這樣，植物就對蟲子失去了招架能力。

課題組讓煙粉虱分批次取食煙草，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在先頭部隊取食后，第二、第三批的“食客”們繁殖得更快，群體數(shù)量越來越大?！斑@個現(xiàn)象表明，被唾液‘改造’之后的植物，能讓害蟲活得更好?！蓖鯐詡フf，課題組還做了一個反向?qū)嶒?，抑制煙粉虱Bt56蛋白的分泌。失去了“神助攻”，煙粉虱的存活和繁殖顯著下降，活得沒那么舒坦了。

課題組還對入侵型和本地?zé)煼凼M(jìn)行對比，“我們發(fā)現(xiàn)，入侵型煙粉虱分泌Bt56的能力要比本地?zé)煼凼⒃S多倍?！蓖鯐詡フf，入侵型煙粉虱的“彈藥庫”比本地?zé)煼凼渑嬖S多，這就不難解釋兩者相差懸殊的戰(zhàn)斗力了。

蓋茨基金會資助的非洲木薯項目自2014年啟動以來，全世界13個實驗室的科學(xué)家每年碰一次頭，討論研究進(jìn)展和應(yīng)對措施。劉樹生教授12月初剛參加了在坦桑尼亞召開的2018年會，會上，他向同仁們介紹了這項最新發(fā)現(xiàn)：找到一個蛋白，它幫助煙粉虱“改造”了植物，讓害蟲越活越好。劉樹生認(rèn)為，這是為培育抗蟲作物指明了一條道路。

王曉偉教授參加非洲木薯煙粉虱項目時在田間采集煙粉虱（圖片來源：www.cassavawhitefly.org）

抗病或者抗蟲，這是科學(xué)家們的育種目標(biāo)?！?span style="font-size: 16px; color: rgb(192, 0, 0);">鑒于植物病毒變化快，抗性產(chǎn)生快，培育具有抗病能力的作物挑戰(zhàn)很大，而培育具有抗蟲能力的品種也是一種重要的、有效的路徑。”對此，科學(xué)家有了初步設(shè)想。他們發(fā)現(xiàn)，Bt56蛋白是煙粉虱抑制植物防御的一個關(guān)鍵武器?！?span style="font-size: 16px; color: rgb(192, 0, 0);">如果人類能培育出可抵御Bt56攻擊的的抗性品種，或者通過基因沉默抑制煙粉虱產(chǎn)生這個關(guān)鍵武器，在植物和昆蟲的軍備競賽中取得領(lǐng)先優(yōu)勢，這樣的植物就能成功拒絕害蟲的‘改造’，免于滅頂之災(zāi)。”王曉偉說。