点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:【科研论文科普解读】植物基因如何在昆虫体内“大变身”?
首页> 光明科普> 农业农村频道> 三农看点 > 正文

【科研论文科普解读】植物基因如何在昆虫体内“大变身”?

来源:光明网2025-03-18 17:57

  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。

【科研论文科普解读】植物基因如何在昆虫体内“大变身”?

  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”。

【科研论文科普解读】植物基因如何在昆虫体内“大变身”?

  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

[ 责编:焦子原 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 流光溢彩庆华诞

  • 守护红色文物

独家策划

推荐阅读
根据国家气候中心监测,9月以来赤道中东太平洋海温持续增暖,为有监测记录以来候和旬尺度海温指数首次突破3摄氏度,海温指数峰值预计出现在11月前后,形成一次有监测记录以来最强的超强厄尔尼诺事件。
2026-09-30 09:45
这里,冬季寒冷漫长,寒凉气候、偏少降水、无霜期短的自然条件,难以形成规模化的城市聚落。对于传统农牧业,年均气温低、无霜期短意味着作物生长期受限;而对数据中心来说,这也是天然冷源。
2026-09-30 09:44
9月29日,中国科学院在京召开新闻发布会,正式发布“科学前沿极限突破计划”及其首批项目,向“极宏观、极微观、极端条件和极综合交叉”方向发起冲击。
2026-09-30 09:38
中国科普研究所经过深入调查研究,形成《全国科普事业发展报告(2026)》,全面展示我国科普事业持续发展壮大所取得的成就。
2026-09-30 09:32
现代科技发展史反复印证着一个道理:许多新技术的突破,归根结底都依赖材料的新发展。
2026-09-30 09:33
世界知识产权组织29日公布的2026年《全球创新指数》中,香港在全球139个经济体中排名再升一位至第14位,并在亚洲保持第五位。
2026-09-30 09:30
科学家绘制出了人体前额叶皮层脑区的已知最大规模基因表达图谱。这些研究进一步阐释了前额叶皮层脑区在生命不同阶段的发育情况,有望用于研究衰老、认知衰退和疾病易感性。在第二篇发表于《自然》论文中,西奈山伊坎医学院的Donghoon Lee和同事报道了一个与脑疾病相关的基因表达变化图谱。
2026-09-29 09:39
纤维的材料层次、器件结构和电路互连随成形过程共同建立起来,让纤维本身成为电路。另一组实验中,研究团队利用纤维组成的柔性交互界面及配套系统,实现了手指对机械臂和无人机的非接触控制。
2026-09-29 09:39
(记者王政)工业和信息化部等7部门28日联合印发《新型电池产业发展“十五五”规划》,提出到2030年,我国新体系电池研发取得重大进展,全固态电池初步实现规模化应用。
2026-09-29 09:40
记者李春剑从中国计量科学研究院获悉,近日,国际计量局(BIPM)的全球卫星导航系统(GNSS)时间传递标准首次在中国完成北斗关键参数的标校与比对验证。随着北斗时间传递链路校准、监测评估和国际互认体系持续完善,北斗将进一步为全球用户提供更加准确、可信的授时服务。
2026-09-29 09:39
近期,国务院印发《全民健身计划(2026—2030年)》,对“十五五”时期推动全民健身事业高质量发展作出部署。国际体育医学期刊《运动医学》指出,抗阻训练较常出现不适或损伤的部位主要集中在肩部、腰背部和膝部。
2026-09-29 09:37
全国科普月不仅是科普服务的集中推出期,更是营造爱科学、学科学浓厚社会氛围的重要契机。期待科普之翼越来越有力,把科学“种”进更多人心田。
2026-09-28 09:49
作为一线科技工作者,我觉得应该肩负起向公众传播科学知识、科学方法、科学思维和科学精神的社会使命。这是历史赋予我们的责任和义务,科学家应该将所学回馈社会。
2026-09-28 09:44
研究团队借助这套气体观测数据,首次定量证实:星团内接连发生的超新星爆发,持续输入的动能足以长期维持星系湍流。
2026-09-28 09:42
23日至27日,以“在数贸会遇见AI未来”为主题的第五届全球数字贸易博览会在浙江杭州国际博览中心举办。
2026-09-28 09:34
9月25日晚,皓月当空,海南科技馆外的人工湖边人头攒动。孩子们有序凑到天文望远镜前,凝神细看,月球表面深浅交错的环形山与陨石坑清晰映入眼帘。
2026-09-28 09:21
全球老龄化加速,如何延长健康寿命,成为生命科学研究领域最紧迫的课题之一。诸多抗衰老策略中,营养干预被认为最现实。已有研究表明,减少饮食中蛋白质的摄入,能延长酵母、果蝇和小鼠等模式生物的寿命。
2026-09-24 09:41
作为射电天文领域的国之重器,中国天眼(FAST)不断将我们的视野推向宇宙更深处,在脉冲星、快速射电暴、中性氢宇宙等前沿领域,一次又一次刷新着人类对于宇宙的认知。
2026-09-24 09:34
我国研究团队利用“天关”卫星(爱因斯坦探针卫星)与高海拔宇宙线观测站“拉索”(LHAASO)的联合观测,在一颗距离地球约4600光年的脉冲星周围发现一条此前未被完整看到的超长X射线尾迹。
2026-09-24 09:30
国家统计局数据显示,在消费品以旧换新等政策利好下,节能家电、智能家居等越来越受到消费者的青睐。智能家居的终极目标,不是堆砌多少高科技设备,而是让人的生活更便利、更幸福。
2026-09-24 09:26
加载更多