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病毒为何选择定制的昆虫便车？科学家尝试“乱点鸳鸯谱”有了新发现！

返霍岩约 7 分钟

病毒和媒介昆虫间的精准配对并非偶然，而是在数百万年协同进化过程的结果。

撰文 | 霍岩（中国科学院微生物研究所）
割麦机“轰隆隆”地开过麦田，扬起团团麦灰，也惊起虫儿一片。这些小虫子，看似不起眼，却能在农田闯出大祸——它们飞到庄稼上，不光啃叶子、吸汁液，还会不厚道地把植物的致命敌人病毒传得到处都是，给植物带来虫害与病毒的双重灾害。
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图片来源：使用AI生成
比如，一种名为水稻条纹病毒（Rice stripe virus，RSV）的虫媒病毒，会导致水稻条纹叶枯病，会严重影响水稻的产量和品质。传播这种病毒的昆虫名叫灰飞虱，它们会通过卵将病毒垂直传播给后代，产生天然带病毒的昆虫，增加了RSV的防治难度。此外，在我们没有发现的角落，还可能会有某种新型植物病毒在虫虫体内酝酿着，等待着冲破虫虫屏障的束缚，伺机给植物们突然一击。
因此，分析虫媒-病原间的传播关系，找到限制病毒传播的因素，对于病害预警，对症下药地治虫抗病至关重要。
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“病毒种类千千万，我只和它看对眼！”
一般来说，一种昆虫只特异性地传播某一种或几种病毒，即使模样相似、遗传关系相近的“兄弟”物种，在挑选病毒对象的时候，差别也是巨大的。在这场以植物饕餮盛宴为主题的相亲派对上，虫儿们找到了中意的那个“它”，可谓“病毒种类千千万，我只和它看对眼！”
灰飞虱、褐飞虱、白背飞虱是在我国麦稻粮区常见的三种飞虱。哥仨的基因同源性较高，模样相似，生长环境和食谱相同。但是传播的病毒却大相径庭：灰飞虱中意水稻条纹病毒、水稻黑条矮缩病毒；褐飞虱传播水稻草矮病毒、水稻齿叶矮缩病毒；而和白背飞虱组CP的是目前搅得“稻界”苦不堪言的水稻南方黑条矮缩病毒。
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从左到右依次是褐飞虱，白背飞虱，灰飞虱丨图片来源：作者提供
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那这种精准配对是如何形成的呢？
这种病毒和媒介昆虫间的精准配对并非偶然，而是在数百万年协同进化过程的结果。科学家研究发现，病毒和虫媒会分别利用它们特殊的物质结合和配对机制形成的特殊匹配。
比如，有的昆虫嘴巴（口器）上有特异性的蛋白质“爪子”，在取食带病毒汁液时，能特异性地识别某类病毒的结构蛋白，并“抓取”病毒。如此一来，粘在嘴巴上的病毒在昆虫下次取食的时候，又会传给新的植物“大冤种”。这种传毒方法虽然过程比较简单，但行之有效。
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昆虫取食带病毒汁液丨图片来源：作者使用AI生成
还有一类病毒传播过程更为复杂，对虫儿和病毒这对CP的挑战更大。对于可持久传播的病毒，病毒需要在昆虫肠道、血腔、唾液腺来一趟“N日打卡游”，成功穿越这三个关键部位后才能最终传给植物。在这一过程中，病毒在每个打卡阶段都面临着来自虫儿的考验。
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病毒在稻飞虱体内的感染途径丨图片来源：参考文献[1]
首先，肠道是入场考试。在这一波考验中，病毒各自发挥自己的魅力：硬实力——拥有特殊的侵染结构或者侵染蛋白；软实力——得到昆虫体内的蛋白因子或者物质运输路径的帮助。而那些软硬实力都不在线的病毒们在这一关就会被筛选出局了。
感染肠道后，病毒便开启了在虫媒体内的惊险旅程。昆虫细胞内的抗病毒反应、吞噬细胞组成的清理工大军和体液中的黑化反应、蛋白酶清理系统等，像极了过年席面上的“七大姑八大姨”，随时准备给这对“预备CP”暴击。
经历了昆虫体腔内的考验，病毒最后来到了唾液腺，光明就在眼前，闯过去，就能传给植物，完成“传播大任”了！但是，唾液腺屏障出口居然还有“查票”的！病毒需要能和唾液腺屏障上的关键运输因子对上暗号（结合），才能从这个关卡顺利通过。经过这样一系列的筛选，病毒最终找到了相匹配的昆虫。
对于病毒和虫儿之间组CP的过程，科学家们提出了很多猜想：虫虫间沾亲带故，一些“家庭背景”（遗传背景）相似的虫虫是否能提供相似的软件协助病毒“过关斩将”？如果不能，软实力差哪了？病毒在虫虫体积内的打卡过程，哪道关卡难度最大？是不是如果躲掉了某道关卡，病毒也可以在近源昆虫内建立感染和被传播？田间的某种病害从无到有，那么突然，是不是因为关键的这一关被“突破”了？既然这样，科学家们打算试试人为给病毒和虫虫牵根“红线”，看看会发生什么。
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科学家尝试给病毒和昆虫“乱点鸳鸯谱”
近期，中国科学院微生物研究所的科研人员充当“月老”，尝试给病毒和昆虫来一场“天仙配”。
为了探索病毒是否有可能在近源物种昆虫中造成感染，建立传播体系，科研人员将水稻条纹病毒RSV作为“相亲主角”，将灰飞虱（天然媒介，“李逵”）、褐飞虱和白背飞虱（近源非媒介，“李鬼”）纳入“相亲池”，用显微注射技术直接将病毒送入昆虫体腔，绕过肠道屏处的“检票员”，观察病毒能是否和“李鬼”“修成正果”。实验过程如同一出紧张的科学戏剧：
RSV快速在灰飞虱体内增殖扩散，5天时已呈“燎原之势”，并且能传给植物。而此时褐飞虱和白背飞虱体内的病毒被压制在萌芽状态。十天后，病毒的“火焰”才在褐飞虱和白背飞虱体内燃烧起来，但较之灰飞虱仍有数百倍差距。
更关键的是：即便病毒在“李鬼”体内勉强增殖，却始终无法突破唾液腺屏障——当褐飞虱和白背飞虱叮咬健康水稻时，RSV无法随唾液排出，传播链条彻底断裂。病毒被出口检票员查票扣在昆虫体内。这就像RSV拿着灰飞虱的“VIP通行证”，想顺利通过褐飞虱的“安检口”，结果只有被当场拦下。
实验表明，病毒在相似“家境”的虫虫体内可以建立感染，这是虫虫带给病毒的意外惊喜。但是由于唾液腺媒介的缘故，病毒无法传播给植物。病毒和虫虫间建立CP的挑战失败。实验结果印证了一个真理：强扭的瓜不甜。
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终有一天，病毒会有机会突破这层屏障吗？
科学的魅力在于追问边界，科学家们继续提出了更进一步的问题——假设RSV能通过在很多代褐飞虱/白背飞虱体内持续传递增殖，能否通过基因突变适应“李鬼”的生理环境，最终突破传播屏障？抑或李鬼的唾液腺检票员换成了“大马虎”，是不是病毒就能从虫虫体内逃出来伤害植物？
从进化生物学角度看，这种可能性并非天方夜谭。病毒基因组小、变异率高，若褐飞虱白背的免疫系统对RSV的清除压力较弱，病毒和唾液腺协助转运的蛋白结合能力增强，很有可能会通过点突变获得关键蛋白的适应性改变。在自然界中，而一旦一种未知的病毒突破昆虫的传播屏障，其宿主范围将从昆虫扩展到植物，或者从单一植物品种扩展至更多植物，将可能引发新的病害流行，带来更大的严峻挑战。
当夕阳为麦田镀上金边，“飞虱三刺客”仍在叶片间穿梭。灰飞虱带着RSV精准“相亲”，褐飞虱和白背飞虱则无法与其配对——这看似刻板的自然法则，实则是进化写下的生存智慧。
而在这场持续亿万年的“相亲派对”上，人类既是观察者，也可能成为改变规则的“月老”——如何在科学探索与生态安全间找到平衡？或许是比实验结果更值得深思的命题。

参考文献

[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] 赖坤龙,王海峰,徐钟天,等. 稻飞虱传播水稻病毒机制的研究进展[J]. 福建农林大学学报(自然科学版),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：科普中国

监制：中国科普博览

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