《Journal of Advanced Research》：A plant virus-derived siRNA modulates wing dimorphism and fertility of vector insects to enhance virus spread
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本研究针对植物病毒如何平衡媒介昆虫翅型分化与繁殖发育这一关键科学问题，以南方水稻黑条矮缩病毒（SRBSDV）-白背飞虱（WBPH）为研究系统，揭示了SRBSDV来源的小干扰RNA（vsiRNA）通过靶向昆虫保幼激素（JH）合成关键酶基因MFE的5′UTR抑制其翻译，从而降低JH滴度，诱导产生更多飞行能力增强但繁殖力降低的长翅型雌虫，阐明了病毒利用vsiRNA调控媒介昆虫内分泌信号通路以优化传播策略的新机制，为病毒-媒介互作研究和病虫害绿色防控提供了新靶点。
在自然界这场永不停息的军备竞赛中，植物病毒为了生存和传播，演化出了令人惊叹的策略来操控它们的媒介昆虫。就像狡猾的策反者，病毒能够改变昆虫的行为、发育甚至繁殖方式，使其成为更高效的“病毒快递员”。其中，一个尤为精妙的策略是调控昆虫的翅型分化——诱导产生更多擅长远距离飞行的长翅型个体，从而扩大病毒的传播范围。然而，昆虫的发育遵循着严格的能量分配原则：翅型发育和繁殖能力之间存在着此消彼长的“权衡”。长翅型个体虽然飞行能力强，但通常繁殖力较低；短翅型个体则相反。那么，植物病毒是如何巧妙地打破或利用这种内在的权衡，既让媒介昆虫“飞得更远”，又不至于让其“断子绝孙”而影响本地种群维持呢？这个问题的答案，对于理解病毒传播的生态学规律和开发新型防控技术至关重要。
近期发表在《Journal of Advanced Research》上的一项研究，由湖南农业大学植物保护学院的王依明等科研人员完成，揭开了这一谜题的关键部分。研究人员以严重危害水稻生产的南方水稻黑条矮缩病毒（Southern rice black-streaked dwarf virus, SRBSDV）及其唯一媒介昆虫白背飞虱（White-backed planthopper, WBPH, Sogatella furcifera）为研究对象，深入探究了SRBSDV如何调控白背飞虱的翅型分化和繁殖力。
为开展此项研究，研究人员综合运用了多种关键技术方法。主要包括：利用高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）精确测定保幼激素（Juvenile Hormone, JH）滴度；通过小RNA测序（small RNA-seq）筛选病毒来源的小干扰RNA（vsiRNAs）；采用RNA干扰（RNAi）技术进行基因功能缺失研究；并通过Northern blot、RNA dot blot、融合蛋白报告系统、RNA免疫共沉淀（RIP-qPCR）、RNA Pull down、Western blot和多聚核糖体分析（Polysome profiling）等一系列分子生物学技术，验证了vsiRNA与靶基因MFE之间的直接相互作用及其翻译抑制效应。研究队列中的昆虫样本来源于湖南怀化稻田，并在实验室条件下繁育。
SRBSDV感染诱导白背飞虱产生长翅型个体并降低其繁殖力
研究人员首先确认，SRBSDV感染能显著提高白背飞虱种群中长翅型（Long-winged, LW）雌虫的比例，同时降低雌虫的繁殖力，表现为卵巢内成熟卵粒数减少、卵黄蛋白原（Vitellogenin, Vg）及其受体（Vitellogenin receptor, VgR）基因表达下调。透射电镜观察发现，感毒长翅型雌虫飞行肌肉中线粒体比例更高，飞行磨实验进一步证实其飞行距离和时间显著增加。这表明SRBSDV通过诱导产生更多飞行能力强但繁殖力低的长翅型雌虫，可能有利于病毒的远距离传播。
SRBSDV通过抑制保幼激素生物合成来调控白背飞虱的翅型分化和繁殖力
保幼激素是调控昆虫翅型分化和繁殖发育的关键激素。研究发现，SRBSDV感染显著降低了白背飞虱体内JH III的滴度以及JH信号通路标志基因Krüppel homolog 1(Kr-h1)的表达。在18个JH合成相关基因中，有5个基因（包括HMGR, PPMD1, IPPI1, FALDH, MFE）的表达在感毒个体中显著下调。外源施加JH类似物（JHA）可以部分逆转病毒引起的长翅型比例增加和繁殖力下降的表型，证明JH介导了SRBSDV的调控作用。
敲低MFE导致白背飞虱出现类似SRBSDV感染的症状
在5个下调的JH合成基因中，研究人员发现敲低甲基法尼醇环氧化酶（Methyl farnesoate epoxidase, MFE）基因（JH合成通路的关键酶之一）的表达，能有效降低JH滴度，导致长翅型雌虫比例增加、繁殖力下降，其表型与SRBSDV感染高度相似，且该效应可被JHA逆转。这表明MFE是SRBSDV调控白背飞虱发育的关键靶点。
SRBSDV来源的vsiRNAs通过结合MFE的5′UTR抑制其翻译
通过小RNA测序，研究人员从感毒白背飞虱中鉴定出大量SRBSDV来源的vsiRNAs。生物信息学分析预测vsiRNA-t00255849可与MFE基因5′非翻译区（5′UTR）互补结合。Northern blot和RT-qPCR证实该vsiRNA特异存在于感毒昆虫体内。一系列严格的实验（包括报告基因系统、RIP-qPCR、RNA Pull down、Western blot、多聚核糖体分析）证实，vsiRNA-t00255849可通过与MFEmRNA的5′UTR结合，招募Argonaute 1 (Ago1)蛋白，进而抑制MFE的翻译，而非降解其mRNA。
vsiRNA-t00255849调控白背飞虱的翅型分化和繁殖力
功能验证实验表明，注射vsiRNA-t00255849的模拟物（mimic）到非感毒白背飞虱若虫，可模拟SRBSDV感染的表型，即抑制MFE表达、降低JH滴度、增加长翅型比例、降低繁殖力。反之，向感毒白背飞虱若虫注射vsiRNA-t00255849的抑制剂（inhibitor），则可部分缓解病毒引起的上述表型。转录组分析排除了该vsiRNA明显的脱靶效应，表明其作用具有特异性。
本研究得出结论：SRBSDV衍生的vsiRNA-t00255849通过靶向结合白背飞虱JH合成关键基因MFE的5′UTR，抑制其翻译，从而降低体内JH水平。这一方面在若虫期促进长翅型分化，另一方面在成虫期抑制繁殖发育，最终塑造出更多适合病毒远距离传播的、飞行能力强但繁殖力低的长翅型雌性白背飞虱。
讨论部分强调了这一发现的深远意义。首先，它揭示了一种植物病毒利用其自身遗传物质衍生的siRNA作为“分子武器”，直接精准调控媒介昆虫内源性基因表达（特别是内分泌通路）的新机制。这与之前报道的RSV来源的vsiRNA通过上调基因表达促进媒介昆虫长翅型产生的机制不同，展现了病毒策略的多样性。其次，该研究巧妙地连接了病毒因子（vsiRNA）、昆虫内分泌信号（JH）和关键生命史性状（翅型与繁殖）之间的因果关系，为理解病毒-媒介互作的进化生态学提供了分子基础。此外，研究揭示了病毒如何利用媒介昆虫固有的发育权衡（翅型与繁殖的权衡）来最大化其传播适合度。对于SRBSDV这种不能经卵传播的病毒而言，牺牲媒介的局部繁殖力来换取更强的扩散能力，无疑是一种进化上的优势策略。
该研究不仅深化了对植物病毒传播机制的认识，更重要的是，鉴定出的关键病毒因子vsiRNA-t00255849和昆虫靶基因MFE，为开发基于RNA干扰（RNAi）的新型害虫防控策略提供了潜在的分子靶标。未来，或可通过人工合成vsiRNA抑制剂或利用纳米载体、工程菌等递送系统，特异性阻断病毒对媒介昆虫的操控，从而抑制病毒病的传播流行，展现出广阔的农业应用前景。
