每年夏季，来自中南半岛的一种昆虫——褐飞虱将成群结队地向北迁飞，扑向肥沃的水稻田大快朵颐。但是，并不是所有的虫子都能共赴这场饕餮盛宴，长翅型的能飞，短翅型的飞不了。控制这种翅型分化的“分子开关”，第一次被浙江大学农学院张传溪教授课题组清晰地揭示出来。近期的《自然》杂志刊出了这一研究结果。
这一结果，最直接的影响就是有望帮助水稻打败天敌“褐飞虱”。
翅型分化使褐飞虱成祸害 长江中下游地区成重灾区
褐飞虱是水稻的超级大敌，别看它就米粒这点大小，杀伤力却不小。近几十年来，每年稻飞虱危害的面积都在2亿亩次之上，造成的水稻损失可达100万到200万吨。
团队负责人、论文共同通讯作者张传溪教授说，褐飞虱很有“个性”，比如，它们口味非常专一，只吃水稻，致使亚洲成为褐飞虱的重灾区，同时它们抗药性极强，很难对付。长江中下游地区由于夏秋水稻生产季节气温条件适宜它生长，为此常常遭受损失。
但是，这种昆虫也有“软肋”——耐寒性很差，在中国福建及以北地区，褐飞虱不能过冬，只能迁飞到南方温暖地区。
我们常说“遗传基因决定一切”，但是遗传基因完全相同的生物，在后天不同的环境条件下，也会“长”得很不一样，例如蜂后和工蜂的分化，科学家称之为“可塑性发育”。论文共同第一作者徐海君副教授说，这是生物为了适应环境而形成的一种极其重要的生存策略。褐飞虱是典型的翅二型昆虫，短翅型繁殖速度快，而长翅型则能在气候不适时迁飞到合适的生活环境。翅二型分化和长距离迁飞是褐飞虱成为“国际性、迁飞性、暴发性、毁灭性”大害虫的主要原因。
找到翅型分化的“分子开关” 对开发新型治理技术具有重要价值
翅膀的长短究竟谁说了算呢？半个世纪以来，昆虫翅多型一直是昆虫学的研究热点。科学家们相继拿蚜虫、果蝇、蟋蟀来研究，但对于其中的分子机制一直没有清晰地揭示。
“我们以褐飞虱为模型，自主设计和研究，发现了昆虫长短翅型可塑性发育的分子机制，两个同源性很高的褐飞虱胰岛素受体在长、短翅分化中起着‘开关’作用。”张传溪教授说，这也是国家973项目中唯一一个单独针对一种昆虫的研究项目。
“之前，有很多科学家做了关于昆虫保幼激素对翅型调控的影响，但都没有得到明确的结论。”徐海君说。
为找出这只小虫子的基因，张传溪团队可是前前后后花了约5年的时间，在多条可能的信号通路间反复探索，终于发现了褐飞虱2种同源性很高的胰岛素受体（受体1和受体2）基因与翅型发育相关，当受体2的含量低时，胰岛素信号转导通路就会开启，褐飞虱就能生成长翅型，而当受体2的含量高时，转导信号就会关闭，褐飞虱就能生成短翅型。“褐飞虱中有4种不同的胰岛素，我们进一步研究发现，参与这种调控的胰岛素是其中一种由脑部分泌的胰岛素。”
为了证明这种调控机制是否具有普遍性，课题组对同属于飞虱科的白背飞虱和灰飞虱进行了实验，发现这个“分子开关”对于它们也同样有效。
不仅如此，该研究发现了2个胰岛素受体具有完全相反的正负向调节功能，这挑战了人们对胰岛素受体传统功能的认知，扩展了人们对生物胰岛素信号途径调控的认识。同时，该项研究对于当下农业生产也有现实意义，它为褐飞虱的测报预警提供了理论依据，也对开发新型稻飞虱治理技术具有重要价值。
“比如有一个大胆的设想，我们可以在褐飞虱迁飞的‘始发地’种植转基因水稻，吃了这种水稻，褐飞虱体内的‘开关’就能关闭，这样就不能成为长翅型，就无法迁飞了。”徐海君说。
