• 十年,從昆蟲翅型開展稻田害蟲的綠色防治

    發布時間:2020-10-23來源:浙大新聞辦

    昆蟲種類繁多、形態各異,不僅是唯一能飛行的無脊椎動物,還是地球上數量最多的動物群體。然而昆蟲的可塑性比較強,大多具有1對或2對翅,但在特殊環境下,即便是一奶同胞,發育成兩種或幾種不同的翅型形態。

    稻飛虱是一種典型的翅型分化昆蟲,浙江大學浙江大學農業與生物技術學院徐海君教授,十年來致力于解決稻飛虱長短翅的科學之謎。他和他的團隊創新地發現了調控稻飛虱長短翅發育的兩個胰島素受體,并原創性地提出胰島素信號轉導途徑調控翅型分化的信號網絡模型。近日,徐海君榮獲第十六屆中國青年科技獎。

    向稻飛虱精準防治進軍

    昆蟲的翅型分化是指同一種昆蟲幼蟲能選擇性發育成有翅、無翅或短翅型成蟲的現象。長翅型個體具飛行能力,當環境條件惡劣時,向新的食物源擴散;短翅型或無翅型個體雖然喪失飛行能力,但其繁殖力強,有利于種群在局部地區的快速擴增。因此,翅型分化這個生物學特性是這些昆蟲取得生態學成功的根本原因之一。

    稻飛虱是亞洲稻區的主要害蟲,其幼蟲可根據環境條件變化選擇性發育成長翅型成蟲或短翅型成蟲。根據全國農技推廣中心的數據顯示,我國有80%的稻田受到稻飛虱危害,引起水稻總產量的10-20%的損失,每年的經濟損失超百億元,因此嚴重危害到我國的糧食安全。

    農民常說的水稻打蟲,主要打的就是稻飛虱。那么,稻飛虱從哪里來呢?我國水稻田里的稻飛虱大多是從東南亞飛來,長翅分化使其具有遠距離遷飛能力?!拔覀儼l現當外部環境變差時,長翅稻飛虱就會特別多?!毙旌>f。

    是什么因素讓昆蟲有不同的翅型?這個問題困擾了科學界半個多世紀之久。

    2011年起,徐海君將稻飛虱作為重要研究對象,開展水稻害蟲災變機制與進化發育生物學研究?!翱茖W的意義在于解決問題,而解決問題的動力在于好奇心?!?/span>

    科研過程就像偵探破案

    翅膀的發育,涉及到肌肉的長成,因此徐海君就朝著能量如何運輸塑性的角度開展研究?!斑@就好像搭積木,材料相同,但卻能創造出不同的排列組合?!?/span>

    他說科研的方式就像偵探破案,要從蛛絲馬跡中尋找答案。這個蛛絲馬跡如何發現?就在于文獻?!翱蒲械倪^程中,閱讀文獻是第一要務?!毙旌>f,可以從前人的研究和自己的觀察中,進一步開展思考,進而推理可能的原因,促進實驗的開展。

    通過研究分析,徐海君發現環境變差直接影響稻飛虱的營養狀況,因此他就推測:長短翅是不是與稻飛虱的營養調控有關。一個一個排除試驗,最后鎖定在了胰島素途徑上。

    功夫不負有心人,徐海君和團隊原創地發現了稻飛虱的兩個胰島素受體(InR1InR2)的活性在長、短翅分化中起著關鍵的作用,并原創性地提出胰島素信號轉導途徑調控翅型分化的信號網絡模型。

    國際同行高度評價地指出“該研究代表了多型現象分子機理研究的一個里程碑”,從而有效地補充了昆蟲進化發育生物學領域的理論缺陷,對于稻飛虱的精準綠色防治具有積極意義。

    在發育進化學上的研究并不止步于此,徐海君依舊帶著團隊開展探索。他說:“胰島素受體只是執行命令的士兵,我們要順藤摸瓜,找到這個機制的司令部,真正破解這一科學難題?!?/span>

    科研不是流水線

    在徐海君的實驗室網站上,有一欄目叫封面人物,其中的主角就是團隊的學生們。他認為,學生們對科研的熱情是令人刮目相看的,“封面人物,就是重要人物,就是協同發現科研奧秘的同行者?!?/span>

    在對稻飛虱胰島素通路的發現,可以說是徐海君大量夜以繼日實驗。每天要對幾千只5毫米不到像螞蟻一樣的的稻飛虱,進行基因沉默表達的注射,長久的動手訓練,能夠在不到一秒內完成一次注射。

    在反復的實驗過程中,他得到的結果,往往總是失敗、失敗、失敗。

    我常常告訴自己的學生,失敗不可怕,可怕的是實驗不規范,以及重復在一個點繞圈圈?!毙旌>f,他在讀書以及從事博士后工作時,會主動找導師開展討論,共同解決問題。

    在他看來,科研不是流水線,而是主動的學習,實驗失敗要去深入分析。因此,同學們還送徐海君“徐三多”這個外號,他常常要求同學們,多讀文獻、多鉆研、多思考。


    彩35