類甜蛋白（TLP）基因本是植物對抗病原真菌的“生化武器”。然而，在漫長的進化史中，這種關鍵基因卻被兩種近緣害蟲通過水平基因轉移（HGT）機制“竊取”，并在不同物種間演化出截然不同的功能。
“有點像哪吒的三頭六臂。”論文通訊作者、中國農業科學院蔬菜花卉研究所（以下簡稱蔬菜所）研究員張友軍形象地解釋道，“一個源自植物的古老基因，在溫室白粉虱和煙粉虱體內分化出兩種功能迥異的‘分身’，讓植物和害蟲都增強了對逆境脅迫的適應能力。”
煙粉虱成蟲。中國農科院蔬菜所
2月28日，《先進科學》（Advanced Science）在線發表了張友軍團隊的上述研究成果，揭示了水平轉移基因促進兩種近緣種粉虱的生態位分化機制。
跨越物種屏障的基因“跳躍”
水平基因轉移（HGT）是驅動生物進化的重要力量，它打破了傳統垂直遺傳從一代到下一代的界限，使基因能在不同物種間“跳躍”。
“我們重建了類甜蛋白基因的系統發育樹，發現它與植物同源基因的氨基酸相似度高達68%，而與昆蟲自身基因毫無親緣關系。”共同通訊作者、蔬菜所研究員郭兆將告訴《中國科學報》。該基因轉移可能通過植物病毒或共生微生物介導——這些“基因快遞員”能將植物DNA片段整合進粉虱基因組。
論文第一作者、蔬菜所博士生胡媛介紹，他們的研究發現，在溫室白粉虱，類甜蛋白基因保留了“老本行”——在植物中抗真菌的原始功能，并將其優化為自身的“生物護甲”。當昆蟲病原真菌侵襲溫室白粉虱時，類甜蛋白基因編碼的蛋白能有效抑制真菌細胞壁合成，使溫室白粉虱在真菌競爭中占據優勢。
而煙粉虱則對“偷來”的基因進行了徹底改造。其類甜蛋白基因編碼的是一種存在于唾液腺的新型效應蛋白。當煙粉虱刺吸植物汁液時，這種蛋白通過唾液注入植物體內，精準抑制宿主植物的茉莉酸（JA）信號通路。由于茉莉酸是植物抵抗蟲害的核心“警報系統”，該機制使煙粉虱能悄無聲息地瓦解植物的抗蟲防御。
溫室白粉虱成蟲(（左）和煙粉虱成蟲。中國農科院蔬菜所供圖
“這是首次發現同一水平轉移基因在近緣昆蟲中發生功能分化。”郭兆將強調。研究團隊通過RNAi技術沉默類甜蛋白基因后，溫室白粉虱對真菌的抵抗力顯著下降，而煙粉虱的取食效率則降低40%以上，直接證實了該基因的關鍵作用。
進化啟示錄：功能分化的生態驅動力
為何同一基因在兩種害蟲中演化出不同功能？研究團隊從生態位分化角度給出了解釋。
郭兆將介紹，溫室白粉虱主要分布于溫帶地區，高濕度環境使其更易遭遇真菌感染，因此強化抗真菌能力成為生存剛需。
煙粉虱作為入侵物種，需快速適應不同寄主植物。抑制植物茉莉酸通路能幫助其突破宿主防御，實現全球擴張。
“這種差異反映了害蟲對環境壓力的‘解題策略’。”胡媛比喻道，“就像兩兄弟繼承了同一塊‘神鐵’，哥哥把它鍛造成盾牌抵御外敵，弟弟卻將其磨成利劍攻城略地。”
張友軍強調，傳統認為，物種進化依賴隨機突變與自然選擇的漫長積累。而類甜基因的研究表明，水平基因轉移可能在短時間內為物種提供新的適應能力，加速了物種分化的進程。
“這就像在進化游戲中使用了作弊碼。”張友軍坦言，“煙粉虱僅用數百萬年就‘山寨’出超越植物原版的茉莉酸抑制系統，這正是其成為超級入侵生物的重要原因。”
該研究顛覆了人們對植食性昆蟲的認知：“過去認為害蟲只是被動適應植物防御，實際上它們能主動‘劫持’宿主的基因武器。”郭兆將指出，這種基因層面的“攻防戰”，可能比化學防御的歷史更為悠久。
從實驗室到農田：害蟲防控的新武器庫
溫室白粉虱和煙粉虱危害棉花、番茄、黃瓜等600余種作物，每年造成數百億美元損失。面對這兩種全球性害蟲，研究團隊提出創新防控思路：利用RNA干擾（RNAi）技術靶向沉默類甜蛋白基因。
“我們已設計出針對兩種粉虱類甜蛋白基因的特異性雙鏈RNA，施用這類生物制劑可以削弱害蟲對環境的適應能力。”張友軍表示，這種方法不僅綠色環保，還能夠減少化學農藥的使用，為可持續農業發展提供了全新方向。
此外，研究團隊認為，類甜蛋白基因僅是“冰山一角”。“昆蟲基因組中可能存在大量水平轉移基因，它們可能是害蟲適應寄主、抵抗農藥的關鍵。”郭兆將說，這一發現為害蟲綠色防控開辟了新的研究領域。
“通過深入研究害蟲基因組中的水平轉移基因，我們或許可以找到更多害蟲災變的關鍵因子，為精準防控提供理論依據。”張友軍補充道，他們希望能夠進一步探索害蟲基因組中更多的“秘密”，為農業害蟲的綠色防控貢獻更多力量。
“或許，在未來的某一天，我們能夠利用這些害蟲偷來的秘密武器，反過來繳械對付它們，幫助植物贏得這場持續了上億年的戰爭。”張友軍說。
相關論文信息：https://doi.org/10.1002/advs.202502193
