央广网北京3月27日消息(记者朱敏)据中央广播电视总台中国之声《新闻纵横》报道,烟粉虱,是一种被公认为“超级害虫”的农业害虫,能破坏600多种植物,至今人类没有办法根治它。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。

  北京时间25日晚上11点,中国农业科学院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?

  烟粉虱是被联合国粮农组织认定的世界第二大害虫,也是至今为止唯一被冠以“超级害虫”的农业害虫,被列为最危险的100种入侵物种。烟粉虱不仅通过刺吸寄主植物韧皮部汁液对其造成直接伤害,还能分泌植物真菌病为害植物。中国农科院蔬菜花卉研究所所长张友军表示,更重要是作为病毒的超级载体,烟粉虱能够传播极具破坏性的植物病毒病,每年造成数十亿美元的经济损失。张友军说:“现在烟粉虱是我们设施蔬菜里边最大的一个害虫,对几乎所有的蔬菜都有危害,它有600多种寄主植物,也就是说它能危害600多种植物,像我们所吃的辣椒、茄子、黄瓜、番茄,包括甘蓝都能被它危害。所以它是个大害虫,一个超级害虫。”

  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。张友军说:“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。张友军说:“我们研究的是烟粉虱,但我想今后的任何一个害虫只要跟植物有附着关系,我们都有可能从植物源里面找到对付这类害虫的方法。因为它是个相互进化的东西,昆虫在进化,植物也在进化。通过我们的研究,肯定能从植物里面找到一个对付害虫的办法。”

  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。张友军说:“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。”

  这个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。在应用上,张友军表示,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,“烟粉虱是个世界性的重大农业害虫,这个害虫防治我们现在用了综合防治方法,这里面还不可避免地使用一些农药,而且使用一些日防的措施,成本相对来说比较高。今后我们有可能利用这个基因,做成一些转基因植物以后,一劳永逸,就完全不用打农药,也不需要那些费工、费事、费钱、费力的工作。”

  那么,这种可以应对烟粉虱的转基因植物对人体会不会有害?张友军解释说:“这个基因就是植物来源的基因,本身就是植物里面的。所以它完全是天然、是安全的。因为我们吃的番茄以及其他植物里都有这个基因,我们只是把它增强了,所以完全没有安全性的问题。”

  这个重大发现的背后是研究团队20年的坚守。张友军感叹,既是团队长期的积累所获,也是基因技术发展和时代发展给予的机遇。这一发现也让我国在植物寄主适应性方面的研究走在世界前列。张友军说:“基因组测序的技术过关了,我们从基因的水平去了解它们之间的附着,所以才有可能找到了这个重要的次生代谢产物的基因。在国际上,植物寄主的适应性这一块,我们是最早发现的,现在已经走到了国际上顶端的位置。”