水稻养活了全球近半数人口，但在亚洲却长期面临一种毁灭性病毒的威胁——南方水稻黑条矮缩病毒（Southern rice black-streaked dwarf virus，SRBSDV）。感染该病毒的水稻植株矮小、叶片皱缩、无法抽穗结实，严重时甚至颗粒无收。该病毒由昆虫媒介白背飞虱（Sogatella furcifera）以循回增殖型的方式在田间传播，飞虱的传播效率直接决定了病害的流行强度。
学校植物病毒研究室自本世纪初发现并鉴定SRBSDV以来，一直围绕该病害的流行与成灾机制开展研究。在历时十年的田间监测中，团队注意到了一个值得关注的现象：虽然大多数白背飞虱种群在携带病毒后能高效地将病毒传给水稻，但总有大约十分之一的种群，其传播效率明显偏低，甚至几乎不能完成传播。这一稳定存在的差异促使他们深入探究背后的原因。
近日，华南农业大学植物保护学院、广东省高等学校未来作物精准育种基础研究卓越中心张彤教授团队在国际知名期刊Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（简称为“PNAS”，中科院一区Top期刊，影响因子10.6）上在线发表了题为Wolbachia-mediated viral transmission enhancement in insect vectors的研究论文，揭示了白背飞虱体内共生菌调控SRBSDV传播效率的新机制。
通过对高传播效率（high transmission，HT）和低传播效率（low transmission，LT）这两类代表性白背飞虱种群进行微生物组测序，答案逐渐清晰。HT种群体内含有高丰度的沃尔巴克氏体（Wolbachia），这是一种在节肢动物中广泛存在的胞内共生菌，相对丰度超过百分之八十；而在LT种群中，这种细菌的丰度极低。研究人员随后回溯分析了七十多个田间采集种群的样本，证实携带Wolbachia与较高的病毒传播效率之间存在显著的正相关。
田间低传播能力的白背飞虱种群缺乏Wolbachia
（A）高传播效率（HT）与低传播效率（LT）白背飞虱种群的SRBSDV获毒率。
（B）HT与LT种群中SRBSDV P10 mRNA的相对表达水平。
（C）HT与LT种群的SRBSDV传播效率。
（D）HT与LT白背飞虱种群16S rRNA扩增子测序中主要细菌门水平的相对丰度。
（E）HT与LT白背飞虱种群16S rRNA扩增子测序中主要细菌属水平的相对丰度。
（F）16S rRNA扩增子测序中HT与LT种群中Wolbachia的reads数量。
（G）HT与LT白背飞虱中Wolbachia的相对累积量。
（H）Wolbachia带菌率与SRBSDV传播效率相关性分析。
为了确认这种关联是否具有因果性，研究团队进行了严格的实验验证。他们利用抗生素处理获得了不携带Wolbachia的白背飞虱品系，再通过胚胎期显微注射将该共生菌重新引入。结果显示，清除Wolbachia后，白背飞虱传播病毒的能力大幅下降，而重新引入后传播能力又得以恢复。一系列解剖和分子检测表明，病毒传播的瓶颈在于昆虫的唾液腺这道组织屏障。在缺乏Wolbachia的种群中，病毒可以在中肠正常增殖，也能释放到血淋巴，但很难进入唾液腺。通过直接将病毒颗粒注射到昆虫胸腔以绕过中肠屏障，这一结论得到了进一步确认。
那么，Wolbachia究竟是如何帮助病毒突破唾液腺防线的？透射电镜和免疫电镜提供了直接的形态学证据：在携带该共生菌的白背飞虱唾液腺细胞中，研究人员观察到病毒颗粒被Wolbachia完整包裹的现象。进一步的分子互作实验揭示了这一过程的物质基础—Wolbachia的外膜表面蛋白WSP与病毒的次核心外壳蛋白P8之间存在直接的物理结合。正是这种蛋白质之间的结合，使得病毒粒子能够附着于共生菌，从而得以一同穿越唾液腺。
唾液腺中Wolbachia包裹SRBSDV病毒粒子
（A）利用透射电子显微镜（TEM）观察携带Wolbachia的带毒和不带毒白背飞虱唾液腺细胞。
（B）在免疫电镜实验中，使用Wolbachia外膜表面蛋白WSP的特异性抗体对唾液腺细胞中的Wolbachia进行标记。
红色箭头指示SRBSDV病毒粒子，蓝色箭头指示胶体金标记的WSP抗体。
基于以上发现，研究者尝试了一种阻断策略。他们将制备的靶向WSP蛋白的抗体，注射到携带Wolbachia且已感染病毒的白背飞虱体内，以干扰WSP与P8的结合。结果显示，抗体注射显著减少了侵入唾液腺的病毒量，并使传毒效率降低至对照组的一半左右，而昆虫整体以及共生菌本身的载量并未受到明显影响。
这项研究提供了一个有别于以往认知的新视角。长期以来，人们熟知Wolbachia能够引发宿主胞质不亲和，从而被用于蚊子的种群控制；它也能通过资源竞争或激活宿主免疫等方式抑制登革热病毒、寨卡病毒等蚊媒病毒的感染。而本研究发现，在水稻病毒与白背飞虱这一特定组合中，Wolbachia反而发挥了协助传播的作用：它并非通过间接调控，而是作为物理载体直接参与病毒跨越组织屏障的过程。这一发现不仅加深了我们对病毒、媒介昆虫与共生微生物三者互作关系的理解，也为开发针对性的防控措施提供了新的思路。通过靶向WSP与P8的相互作用，或许可以在不消灭Wolbachia的情况下，有效降低白背飞虱传播病毒的能力，为水稻病毒病害的可持续治理探索一条新路径。
从病田中的意外发现，到长达十年的追踪验证，再到分子机制的精细解析，团队的这项研究揭示出昆虫微生物世界的复杂性远超我们以往的想象。据估算，约65%的昆虫都携带Wolbachia，因此该发现不仅对SRBSDV的防控有重要指导意义，也为其他媒介昆虫传播的病毒病害提供了新的研究范式—探究一种共生菌在特定体系中究竟扮演了什么角色，需要我们深入到病毒、共生菌与昆虫共同构成的生态网络中，逐一辨明其具体功能。
华南农业大学植物保护学院张彤教授和杨新副研究员为论文共同通讯作者，植物保护学院博士生王莹为论文第一作者，植物保护学院周国辉教授为该研究提供了重要指导，分析测试中心黄吉雷高级实验师提供了重要技术支持。该研究得到了国家重点研发计划（2022YFA1304400）、广东省重点研发计划（2026B0202180004）、国家自然科学基金（32561143290）和国家水稻产业技术体系（nycytx-001）等项目的资助。
相关论文链接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2607638123
防止我们一不小心失散
快把“iPlants”设置为星标吧★
只需三步↓↓
文章顶部点击「iPlants」名称进入公众号主页，点击右上角「三个小点」，点击「设为星标」，iPlants名称旁边出现一个黄色的五角星，就设置成功啦~
iPlants专注于全球植物科学前沿研究报道，已有四十万多学者关注。现已组建了50个500人/群的植物科学研究的研究生/教授的实名认证交流群，全都来自全球各大高校和研究所的同学和老师。欢迎从事植物科学相关研究的同学和老师加入我们，一起讨论学术和梦想。温馨提示：长按下面二维码进群，请备注一下学校+专业+学生/老师，以便我们能拉你进相应的交流群，否则不予通过）投稿、商务合作、转载开白名单等事宜请联系微信ID：18321328797 或邮箱：703131029@qq.com
