病毒和媒介昆蟲間的精準(zhǔn)配對并非偶然，而是在數(shù)百萬年協(xié)同進(jìn)化過程的結(jié)果。

撰文 | 霍巖（中國科學(xué)院微生物研究所）

割麥機“轟隆隆”地開過麥田，揚起團團麥灰，也驚起蟲兒一片。這些小蟲子，看似不起眼，卻能在農(nóng)田闖出大禍——它們飛到莊稼上，不光啃葉子、吸汁液，還會不厚道地把植物的致命敵人病毒傳得到處都是，給植物帶來蟲害與病毒的雙重災(zāi)害。

圖片來源：使用AI生成

比如，一種名為水稻條紋病毒（Rice stripe virus，RSV）的蟲媒病毒，會導(dǎo)致水稻條紋葉枯病，會嚴(yán)重影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì)。傳播這種病毒的昆蟲名叫灰飛虱，它們會通過卵將病毒垂直傳播給后代，產(chǎn)生天然帶病毒的昆蟲，增加了RSV的防治難度。此外，在我們沒有發(fā)現(xiàn)的角落，還可能會有某種新型植物病毒在蟲蟲體內(nèi)醞釀著，等待著沖破蟲蟲屏障的束縛，伺機給植物們突然一擊。

因此，分析蟲媒-病原間的傳播關(guān)系，找到限制病毒傳播的因素，對于病害預(yù)警，對癥下藥地治蟲抗病至關(guān)重要。

“病毒種類千千萬，我只和它看對眼！”

一般來說，一種昆蟲只特異性地傳播某一種或幾種病毒，即使模樣相似、遺傳關(guān)系相近的“兄弟”物種，在挑選病毒對象的時候，差別也是巨大的。在這場以植物饕餮盛宴為主題的相親派對上，蟲兒們找到了中意的那個“它”，可謂“病毒種類千千萬，我只和它看對眼！”

灰飛虱、褐飛虱、白背飛虱是在我國麥稻糧區(qū)常見的三種飛虱。哥仨的基因同源性較高，模樣相似，生長環(huán)境和食譜相同。但是傳播的病毒卻大相徑庭：灰飛虱中意水稻條紋病毒、水稻黑條矮縮病毒；褐飛虱傳播水稻草矮病毒、水稻齒葉矮縮病毒；而和白背飛虱組CP的是目前攪得“稻界”苦不堪言的水稻南方黑條矮縮病毒。

從左到右依次是褐飛虱，白背飛虱，灰飛虱丨圖片來源：作者提供

那這種精準(zhǔn)配對是如何形成的呢？

這種病毒和媒介昆蟲間的精準(zhǔn)配對并非偶然，而是在數(shù)百萬年協(xié)同進(jìn)化過程的結(jié)果?？茖W(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，病毒和蟲媒會分別利用它們特殊的物質(zhì)結(jié)合和配對機制形成的特殊匹配。

比如，有的昆蟲嘴巴（口器）上有特異性的蛋白質(zhì)“爪子”，在取食帶病毒汁液時，能特異性地識別某類病毒的結(jié)構(gòu)蛋白，并“抓取”病毒。如此一來，粘在嘴巴上的病毒在昆蟲下次取食的時候，又會傳給新的植物“大冤種”。這種傳毒方法雖然過程比較簡單，但行之有效。

昆蟲取食帶病毒汁液丨圖片來源：作者使用AI生成

還有一類病毒傳播過程更為復(fù)雜，對蟲兒和病毒這對CP的挑戰(zhàn)更大。對于可持久傳播的病毒，病毒需要在昆蟲腸道、血腔、唾液腺來一趟“N日打卡游”，成功穿越這三個關(guān)鍵部位后才能最終傳給植物。在這一過程中，病毒在每個打卡階段都面臨著來自蟲兒的考驗。

病毒在稻飛虱體內(nèi)的感染途徑丨圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]

首先，腸道是入場考試。在這一波考驗中，病毒各自發(fā)揮自己的魅力：硬實力——擁有特殊的侵染結(jié)構(gòu)或者侵染蛋白；軟實力——得到昆蟲體內(nèi)的蛋白因子或者物質(zhì)運輸路徑的幫助。而那些軟硬實力都不在線的病毒們在這一關(guān)就會被篩選出局了。

感染腸道后，病毒便開啟了在蟲媒體內(nèi)的驚險旅程。昆蟲細(xì)胞內(nèi)的抗病毒反應(yīng)、吞噬細(xì)胞組成的清理工大軍和體液中的黑化反應(yīng)、蛋白酶清理系統(tǒng)等，像極了過年席面上的“七大姑八大姨”，隨時準(zhǔn)備給這對“預(yù)備CP”暴擊。

經(jīng)歷了昆蟲體腔內(nèi)的考驗，病毒最后來到了唾液腺，光明就在眼前，闖過去，就能傳給植物，完成“傳播大任”了！但是，唾液腺屏障出口居然還有“查票”的！病毒需要能和唾液腺屏障上的關(guān)鍵運輸因子對上暗號（結(jié)合），才能從這個關(guān)卡順利通過。經(jīng)過這樣一系列的篩選，病毒最終找到了相匹配的昆蟲。

對于病毒和蟲兒之間組CP的過程，科學(xué)家們提出了很多猜想：蟲蟲間沾親帶故，一些“家庭背景”（遺傳背景）相似的蟲蟲是否能提供相似的軟件協(xié)助病毒“過關(guān)斬將”？如果不能，軟實力差哪了？病毒在蟲蟲體積內(nèi)的打卡過程，哪道關(guān)卡難度最大？是不是如果躲掉了某道關(guān)卡，病毒也可以在近源昆蟲內(nèi)建立感染和被傳播？田間的某種病害從無到有，那么突然，是不是因為關(guān)鍵的這一關(guān)被“突破”了？既然這樣，科學(xué)家們打算試試人為給病毒和蟲蟲牽根“紅線”，看看會發(fā)生什么。

科學(xué)家嘗試給病毒和昆蟲“亂點鴛鴦譜”

近期，中國科學(xué)院微生物研究所的科研人員充當(dāng)“月老”，嘗試給病毒和昆蟲來一場“天仙配”。

為了探索病毒是否有可能在近源物種昆蟲中造成感染，建立傳播體系，科研人員將水稻條紋病毒RSV作為“相親主角”，將灰飛虱（天然媒介，“李逵”）、褐飛虱和白背飛虱（近源非媒介，“李鬼”）納入“相親池”，用顯微注射技術(shù)直接將病毒送入昆蟲體腔，繞過腸道屏處的“檢票員”，觀察病毒能是否和“李鬼”“修成正果”。實驗過程如同一出緊張的科學(xué)戲劇：

RSV快速在灰飛虱體內(nèi)增殖擴散，5天時已呈“燎原之勢”，并且能傳給植物。而此時褐飛虱和白背飛虱體內(nèi)的病毒被壓制在萌芽狀態(tài)。十天后，病毒的“火焰”才在褐飛虱和白背飛虱體內(nèi)燃燒起來，但較之灰飛虱仍有數(shù)百倍差距。

更關(guān)鍵的是：即便病毒在“李鬼”體內(nèi)勉強增殖，卻始終無法突破唾液腺屏障——當(dāng)褐飛虱和白背飛虱叮咬健康水稻時，RSV無法隨唾液排出，傳播鏈條徹底斷裂。病毒被出口檢票員查票扣在昆蟲體內(nèi)。這就像RSV拿著灰飛虱的“VIP通行證”，想順利通過褐飛虱的“安檢口”，結(jié)果只有被當(dāng)場攔下。

實驗表明，病毒在相似“家境”的蟲蟲體內(nèi)可以建立感染，這是蟲蟲帶給病毒的意外驚喜。但是由于唾液腺媒介的緣故，病毒無法傳播給植物。病毒和蟲蟲間建立CP的挑戰(zhàn)失敗。實驗結(jié)果印證了一個真理：強扭的瓜不甜。

終有一天，病毒會有機會突破這層屏障嗎？

科學(xué)的魅力在于追問邊界，科學(xué)家們繼續(xù)提出了更進(jìn)一步的問題——假設(shè)RSV能通過在很多代褐飛虱/白背飛虱體內(nèi)持續(xù)傳遞增殖，能否通過基因突變適應(yīng)“李鬼”的生理環(huán)境，最終突破傳播屏障？抑或李鬼的唾液腺檢票員換成了“大馬虎”，是不是病毒就能從蟲蟲體內(nèi)逃出來傷害植物？

從進(jìn)化生物學(xué)角度看，這種可能性并非天方夜譚。病毒基因組小、變異率高，若褐飛虱白背的免疫系統(tǒng)對RSV的清除壓力較弱，病毒和唾液腺協(xié)助轉(zhuǎn)運的蛋白結(jié)合能力增強，很有可能會通過點突變獲得關(guān)鍵蛋白的適應(yīng)性改變。在自然界中，而一旦一種未知的病毒突破昆蟲的傳播屏障，其宿主范圍將從昆蟲擴展到植物，或者從單一植物品種擴展至更多植物，將可能引發(fā)新的病害流行，帶來更大的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

當(dāng)夕陽為麥田鍍上金邊，“飛虱三刺客”仍在葉片間穿梭?；绎w虱帶著RSV精準(zhǔn)“相親”，褐飛虱和白背飛虱則無法與其配對——這看似刻板的自然法則，實則是進(jìn)化寫下的生存智慧。

而在這場持續(xù)億萬年的“相親派對”上，人類既是觀察者，也可能成為改變規(guī)則的“月老”——如何在科學(xué)探索與生態(tài)安全間找到平衡？或許是比實驗結(jié)果更值得深思的命題。

參考文獻(xiàn)

[1]Ying S, Qian Y, Wenhui Z, Lili Z, Yan H. Study of the acquisition, replication and transmission of rice stripe virus in vector and non-vector planthoppers based on hemocoel-microinjection.Pest Manag Sci. Published online June 27, 2025. doi:10.1002/ps.70026

[2] 賴?yán)?王海峰,徐鐘天,等. 稻飛虱傳播水稻病毒機制的研究進(jìn)展[J]. 福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2021,50(5): 577-587.

[3] Xu Y, Fu S, Tao X, Zhou X. Rice stripe virus: Exploring Molecular Weapons in the Arsenal of a Negative-Sense RNA Virus. Annu Rev Phytopathol. 2021;59:351-371. doi:10.1146/annurev-phyto-020620-113020

出品：科普中國
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