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十年,从昆虫翅型开展稻田害虫的绿色防治

[来源]:科学技术研究院[日期]:2020-10-24[访问次数]:0

昆虫种类繁多、形态各异,不仅是唯一能飞行的无脊椎动物,还是地球上数量最多的动物群体。然而昆虫的可塑性比较强,大多具有1对或2对翅,但在特殊环境下,即便是一奶同胞,发育成两种或几种不同的翅型形态。

稻飞虱是一种典型的翅型分化昆虫,浙江大学浙江大学农业与生物技术学院徐海君教授,十年来致力于解决稻飞虱长短翅的科学之谜。他和他的团队创新地发现了调控稻飞虱长短翅发育的两个胰岛素受体,并原创性地提出胰岛素信号转导途径调控翅型分化的信号网络模型。近日,徐海君荣获第十六届中国青年科技奖。

向稻飞虱精准防治进军

昆虫的翅型分化是指同一种昆虫幼虫能选择性发育成有翅、无翅或短翅型成虫的现象。长翅型个体具飞行能力,当环境条件恶劣时,向新的食物源扩散;短翅型或无翅型个体虽然丧失飞行能力,但其繁殖力强,有利于种群在局部地区的快速扩增。因此,翅型分化这个生物学特性是这些昆虫取得生态学成功的根本原因之一。

稻飞虱是亚洲稻区的主要害虫,其幼虫可根据环境条件变化选择性发育成长翅型成虫或短翅型成虫。根据全国农技推广中心的数据显示,我国有80%的稻田受到稻飞虱危害,引起水稻总产量的10-20%的损失,每年的经济损失超百亿元,因此严重危害到我国的粮食安全。

农民常说的水稻打虫,主要打的就是稻飞虱。那么,稻飞虱从哪里来呢?我国水稻田里的稻飞虱大多是从东南亚飞来,长翅分化使其具有远距离迁飞能力。“我们发现当外部环境变差时,长翅稻飞虱就会特别多。”徐海君说。

是什么因素让昆虫有不同的翅型?这个问题困扰了科学界半个多世纪之久。

2011年起,徐海君将稻飞虱作为重要研究对象,开展水稻害虫灾变机制与进化发育生物学研究。“科学的意义在于解决问题,而解决问题的动力在于好奇心。”

科研过程就像侦探破案

翅膀的发育,涉及到肌肉的长成,因此徐海君就朝着能量如何运输塑性的角度开展研究。“这就好像搭积木,材料相同,但却能创造出不同的排列组合。”

他说科研的方式就像侦探破案,要从蛛丝马迹中寻找答案。这个蛛丝马迹如何发现?就在于文献。“科研的过程中,阅读文献是第一要务。”徐海君说,可以从前人的研究和自己的观察中,进一步开展思考,进而推理可能的原因,促进实验的开展。

通过研究分析,徐海君发现环境变差直接影响稻飞虱的营养状况,因此他就推测:长短翅是不是与稻飞虱的营养调控有关。一个一个排除试验,最后锁定在了胰岛素途径上。

功夫不负有心人,徐海君和团队原创地发现了稻飞虱的两个胰岛素受体(InR1InR2)的活性在长、短翅分化中起着关键的作用,并原创性地提出胰岛素信号转导途径调控翅型分化的信号网络模型。

国际同行高度评价地指出“该研究代表了多型现象分子机理研究的一个里程碑”,从而有效地补充了昆虫进化发育生物学领域的理论缺陷,对于稻飞虱的精准绿色防治具有积极意义。

在发育进化学上的研究并不止步于此,徐海君依旧带着团队开展探索。他说:“胰岛素受体只是执行命令的士兵,我们要顺藤摸瓜,找到这个机制的司令部,真正破解这一科学难题。”

科研不是流水线

在徐海君的实验室网站上,有一栏目叫封面人物,其中的主角就是团队的学生们。他认为,学生们对科研的热情是令人刮目相看的,“封面人物,就是重要人物,就是协同发现科研奥秘的同行者。”

在对稻飞虱胰岛素通路的发现,可以说是徐海君大量夜以继日实验。每天要对几千只5毫米不到像蚂蚁一样的的稻飞虱,进行基因沉默表达的注射,长久的动手训练,能够在不到一秒内完成一次注射。

在反复的实验过程中,他得到的结果,往往总是失败、失败、失败。

我常常告诉自己的学生,失败不可怕,可怕的是实验不规范,以及重复在一个点绕圈圈。”徐海君说,他在读书以及从事博士后工作时,会主动找导师开展讨论,共同解决问题。

在他看来,科研不是流水线,而是主动的学习,实验失败要去深入分析。因此,同学们还送徐海君“徐三多”这个外号,他常常要求同学们,多读文献、多钻研、多思考。

   本文来自:求是新闻网

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