【科研论文科普解读】植物基因如何在昆虫体内“大变身”？

　　一个原本属于植物的基因，被害虫“盗取”后，不但可以为害虫效力，而且在两种害虫体内，演化出了截然不同的功能。“无间道”情节，在自然界的进化中正在上演。

  近日，中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军研究员团队在国际顶级学术期刊《先进科学》上发表了最新研究成果，一种源自植物的基因——类甜蛋白基因（Thaumatin-like protein，TLP），被两种近缘粉虱害虫“盗取”后，在它们体内演化出了截然不同的功能，帮助它们适应不同的生存环境。这一发现为害虫绿色防控提供了新思路。

  基因的“三头六臂”：从植物到昆虫的神奇演化

  在中国古代神话中，哪吒拥有“三头六臂”，能够同时应对多种挑战。而这项研究发现，TLP基因在植物、温室白粉虱和烟粉虱中，也展现出了类似的“神奇能力”。

  TLP基因最初存在于植物中，主要用于对抗植物病原真菌的感染。然而，科学家发现，这种基因被两种近缘粉虱害虫——温室白粉虱和烟粉虱“偷盗”后，竟然在它们体内演化出了不同的功能。

  在温室白粉虱体内，类甜蛋白基因保留了它的“老本行”——抗真菌功能。当病原真菌侵袭时，这个基因编码的蛋白能有效抑制真菌细胞壁的合成，帮助温室白粉虱在真菌竞争中占据优势。可以说，温室白粉虱把这个基因变成了自己的“生物护甲”。

  而在烟粉虱体内，这个基因却被彻底“改造”了。烟粉虱用它编码了一种新型效应蛋白，这种蛋白存在于烟粉虱的唾液腺中。当烟粉虱刺吸植物汁液时，这种蛋白会通过唾液注入植物体内，精准抑制植物的茉莉酸（JA）信号通路。茉莉酸是植物抵抗虫害的核心“警报系统”，烟粉虱通过这种方式悄无声息地瓦解了植物的抗虫防御，让自己能够轻松取食。

  为什么同一个基因在两种害虫中会演化出不同的功能？研究团队从生态位分化角度给出了解释。

  温室白粉虱主要分布在温带地区，高湿度环境让它们更容易遭遇真菌感染，因此强化抗真菌能力成为了它们的生存刚需。而烟粉虱作为一种入侵物种，需要快速适应不同的寄主植物，抑制植物的茉莉酸通路帮助它们突破宿主防御，实现全球扩张。

  “这就像两兄弟继承了同一块‘神铁’，”论文第一作者、中国科学院蔬菜与花卉研究所博士生胡媛比喻道，“哥哥把它锻造成盾牌抵御外敌，弟弟却将其磨成利剑攻城略地。”

  水平转移基因：打破传统科学观点

  这种基因的“三头六臂”现象，不仅展示了基因在不同物种中的强大适应能力，还为人们理解水平转移基因在物种进化中的作用提供了全新的视角。

  水平转移基因是指基因在不同物种之间的转移，而非通过传统的遗传方式（如父代传递给子代）。过去，科学家普遍认为，水平转移基因在不同物种中具有功能保守性，即基因的功能在不同物种中保持一致。然而，这项研究打破了这一传统观点。

  研究发现，TLP基因在植物、温室白粉虱和烟粉虱中，经历了独特的功能分化和进化轨迹。这种功能分化不仅帮助两种粉虱适应了不同的生存环境，还促进了它们的生态位和物种分化。这一发现表明，水平转移基因在物种进化中可能扮演了更为复杂和多样化的角色。

  除了在进化生物学上的重要意义，这项研究还为害虫绿色防控提供了新的思路。TLP基因作为水平转移基因，在两种粉虱中展现了不同的功能，这使其成为潜在的害虫防控分子靶标。

  研究团队表示，基于RNA干扰（RNAi）技术，科学家可以针对TLP基因设计特异性农药，精准打击害虫，同时减少对环境和有益昆虫的影响，为害虫精准绿色防控具有重要的理论和实践意义。

  这项研究由中国农业科学院蔬菜花卉研究所张友军研究员团队主导，昆虫组博士后胡媛、龚成（现为扬州大学植保学院特聘教授）、杨泽众（现为天津市农科院植保所副研究员）为论文的共同第一作者。张友军研究员、郭兆将研究员与瑞士纳沙泰尔大学Ted C. J. Turlings教授为论文的通讯作者。研究得到了国家重点研发计划青年科学家项目、国家自然科学基金创新研究群体项目等资助。（宋雅娟）

  原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202502193