植物为何碰上它就缴械投降 秘密藏在口水里

2019年01月03日09:51  来源:钱江晚报
 
原标题:植物为何碰上它就缴械投降 秘密藏在口水里

在最近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向台下的学者们展示了一张虫子的照片,几百双人类的眼睛齐刷刷地看向它——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,还能让害虫更加生机勃勃。

面对害虫

植物本会大声说“不”

自然界中,植物会受到多种昆虫和病原菌的持续危害。“其实植物也会反抗。”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,多数植物会分泌一种叫做茉莉酸的激素,这种激素是一种杀虫物质,让虫子知难而退,这兴许能逃过一劫。

然而,在面对一种叫烟粉虱的害虫时,植物们的“不”字却“说不出口”。这种诞生于地中海沿岸的小虫子——烟粉虱,1毫米长的小小身板,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。

刘树生教授和烟粉虱至少打了10年交道。2007年,他和团队曾在《科学》杂志发表论文,揭示了“超级害虫”烟粉虱的入侵行为机制。

这种虫子入侵后,又对植物做了什么?

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。

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。

而在这之前,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。

口水里的秘密

让植物缴械投降

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,烟粉虱入侵非洲后,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,来化解这场木薯危机。

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,也没有找到蛛丝马迹。“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。

后来,他们改进了试验方法,终于有了新发现。科学家让烟粉虱们分批取食他们备好的人工“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。”王晓伟说,收集了几万只烟粉虱的唾液后,他们再从唾液中分离鉴定相关蛋白。

接棒研究的博士研究生徐红星说,他们锁定了一种Bt56的蛋白,这种物质通过唾液传入烟草韧皮部后,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。

课题组还发现:在烟粉虱先头部队取食后,第二、第三批的“食客”们繁殖得更快,群体数量越来越大。“这表明,被唾液‘改造’之后的植物,能让害虫活得更好。”王晓伟说。

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。去年12月初,刘树生教授刚参加了在坦桑尼亚召开的2018年会,会上,他介绍了这项最新发现。

“如果人类能培育出可抵御Bt56攻击的抗性品种,或者拿出这件关键武器通过基因抑制烟粉虱,植物就能成功拒绝害虫的‘改造’,免于灭顶之灾。”王晓伟说。记者 章咪佳 通讯员 周炜

(责编:袁菡苓、高红霞)