中国科学家发现植物基因在近缘昆虫中的个性化改造机制，为害虫防控提供新策略
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“劫持”＋个性化改造
看昆虫如何将植物基因为己所用
光明日报于 3 月 16 日在北京报道。记者杨舒称，通常人们会认为，动植物的基因是由母代向子代进行“垂直”遗传的。然而，科学家有了新的发现，即在自然界中，有一些昆虫能够借助病毒或者其他微生物当作媒介，获取植物的基因并为自己所用，而且还能一代一代地将这些基因保留在基因组内，这种现象被称作水平基因转移。中国农业科学院蔬菜花卉研究所的研究员张友军团队进一步证实，在国际上首次证实，同一种植物基因进入不同的近缘昆虫体内后，会发生相应的功能“个性化”改造。该发现为生物界近缘物种的演化机制提供了全新视角，同时也为开发高效安全绿色的害虫防控新策略奠定了基础。相关论文近日发表在《先进科学》上。
类甜蛋白基因在一些植物体内是对抗植物病原真菌的重要“武器”。研究团队借助基因技术，在两种亲缘关系相近的全球性害虫，即温室白粉虱和烟粉虱的基因组内发现了它的踪迹。这个基因与昆虫自身基因没有亲缘关系，它是水平基因转移的产物。进一步研究表明，在温室白粉虱的体内，类甜蛋白基因保留了自身“老本行”的功能，并且对其进行了优化，这个功能就是抗病原真菌。当昆虫病原真菌对温室白粉虱进行侵袭时，由该植物基因编码的蛋白能够有效地抑制真菌合成细胞壁，从而起到保护温室白粉虱的作用。
类甜蛋白基因在烟粉虱体内的功能被进行了颠覆性改造。这种植物基因给烟粉虱编码了一种新型效应蛋白，该蛋白存在于烟粉虱的唾液腺中。当烟粉虱用刺吸取食植物汁液时，这种蛋白能通过唾液进入植物体内，从而精准地抑制植物的茉莉酸信号通路。茉莉酸是植物抵抗虫害的核心“警报系统”，凭借这种植物基因的帮助，烟粉虱能够顺利地瓦解植物的抗虫防线。
为何同一基因在两种近缘害虫中会演化出不同功能呢？研究团队介绍，从进化的角度来推测，温室白粉虱主要是分布在温带地区的，由于高湿度的环境，它更有可能遭遇真菌感染，所以，强化抗真菌的能力对于它来说是更为重要的；而烟粉虱作为一种入侵物种，需要快速地适应不同的植物，进化出能够抑制植物茉莉酸通路的功能，这样就可以帮助它突破植物的防御，从而实现全球的扩张。这种差异反映了害虫对环境压力的“解题策略”。
传统观点认为，物种进化是依靠随机突变与自然选择进行漫长积累的。本次研究发现表明，基因的水平转移能够在较短时间内给物种带来新的适应能力，并且加快了物种分化的进程。中国农业科学院蔬菜花卉研究所的研究员郭兆将觉得，这对人们关于植食性昆虫的认知进行了颠覆。以往人们认为，害虫仅仅是被动地去适应植物的防御，然而实际上在自然界的进化过程里，它们能够主动地“劫持”宿主的基因，并且将其改造成为自己的“武器”。
这样就能有效削弱害虫对环境的适应能力。
《光明日报》（2025年03月17日 08版）