文|《中国科学报》记者 王兆昱

春夏季节，小麦灌浆时，穿一件淡黄色、略鲜艳的衣服走进麦田，肩膀上会落满针尖大小的小飞虫，有绿色、黑色、黄色的……这就是蚜虫。它只有几毫米大小，却传播了地球上55%的植物病毒。

小小的蚜虫，破坏力竟这么大？前段时间，中国科学院动物研究所（以下简称动物所）研究员孙玉诚带队揭示了蚜传病毒系统性侵染的分子机制，相关成果发表在Advanced Science期刊上。

很少有人知道，孙玉诚曾在35岁的年纪作出转方向的决定。他放下深耕十余年的昆虫生态学，捧起本科生的分子生物学课本从头学起，“这在同龄人中都很少见”。

孙玉诚

“你做蚜虫不吃亏”

孙玉诚与蚜虫的初次结缘，始于2004年进入动物所硕博连读。他的本科专业是生命科学，学得没那么“专”；进入动物所后，他才知道，这里在昆虫学方面的积淀相当深厚。

当时，动物所在昆虫学领域可谓大师云集。孙玉诚的导师戈峰是马世骏院士的关门弟子，专攻昆虫生态；隔壁研究组的王琛柱老师，专攻昆虫生理；还有专攻蚜虫分类学的张广学院士。孙玉诚在这样的环境里耳濡目染，每天聊的是昆虫的事，看的也都是各种各样的虫子：蝗虫、棉铃虫、蚜虫……

康乐院士曾对孙玉诚说：“你做蚜虫不吃亏。”看似不起眼的蚜虫，身上却藏着好多教科书级的问题，被写进世界各国的教材里。

孙玉诚觉得，蚜虫有点像齐天大圣，会七十二变，但万变不离其宗——繁衍下去。

第一变，是有翅和无翅。同一母体生下来的蚜虫，在环境好、食物充足时不会发育出翅膀，而是专注繁殖；但在种群密度太高、食物质量下降时，就会长出翅膀，便于迁移。

第二变，是有性和无性。春夏两季，蚜虫会进行无性（孤雌）生殖，雌虫自己就能生，7天生一代；秋冬时分，地里的作物都收割了，蚜虫就会到树上去进行有性生殖，这时，雌雄虫交配产下的卵，能够熬过整个寒冬。

第三变最让人震惊，类似“俄罗斯套娃”（即一体三代）。一只刚成年的蚜虫，卵巢里有10到12根卵小管，每根上面挂着8到10个“小葫芦”，每个“小葫芦”就是一只蚜虫女儿。而这些女儿体内，孙女辈的胚胎已经在发育了。

“蚜虫孤雌生殖，每7天就有新的一代出生，这就会导致一个很有趣的现象——蚜虫的姥姥比孙女只大14天。”孙玉诚笑着说。

不同龄期不同体色的桃蚜

“重新当学生”

说起孙玉诚当年的转行，直接原因是要想自立门户当独立PI，就必须换方向，不能跟随戈峰继续做昆虫生态学方向。但更深层的原因，是孙玉诚意识到自己熟悉的那套方法有局限。

入所13年，孙玉诚一直以生态学的视角研究昆虫。生态学关注种群和群落层面，跨越较大的时空尺度。但要回答蚜虫身上的具体问题，必须精细到分子层面。比如，生态学可以观察到：种群密度升高时，无翅的母体生下的小蚜虫会长翅膀。但这一变化是通过什么信号传递的？在胚胎哪个阶段起了作用？就需要进入微观层面了。

在35岁的年纪，“重新当学生”并不容易。孙玉诚告诉《中国科学报》，像他这样“大学科地转”，从一个一级学科跳到另一个一级学科，意味着思维方式要完全转换。他找来了《分子生物学》《遗传学》的书，从头学起。

孙玉诚转方向的那段时间，正值2015年到2019年，康乐院士主持了一个B类先导项目，做作物病虫害的导向性防控。这个项目联合了整个中国科学院的优势力量，包括微生物所、遗传发育所的科研人员——他们绝大部分是做微观研究的。孙玉诚参与其中，思维一下子被打开了。

就这样，曾经习惯于做田野调查、种群模型分析的孙玉诚，在小小的实验室里沉下心，聚焦微观的世界。

而导师戈峰也用自己的亲身经历给了孙玉诚动力。

戈峰是1963年生人，孙玉诚刚进所时，戈峰担任实验室副主任，正是风华正茂的年纪。2021年，已近60岁的戈峰离开动物所，去了山东省农业科学院，开始第二次“创业”，做农产品生态调控。

孙玉诚看在眼里，觉得很不容易。“生态”是个好理念，戈峰要做的，是把生态学的理念真正落地，让果农、粮农在经济上有收益的同时，减少农药和化肥的使用。这件事不仅是做科研、发文章，更多是制定规范，再进行实地应用推广。

看到老师在快退休的年纪比自己还忙，天天在田间地头跑，接触的都是农户和大企业，孙玉诚觉得，人还是要有追求，不断地往前走。

被卡住的两年

转方向后不久，2019年，孙玉诚将目光聚焦于一个问题：为什么病毒在被蚜虫传进植物后，会以超乎寻常的速度侵染整株植物？

这得从蚜虫的口针说起，它只有“四十分之一头发丝”那么细。为保护纤细的口针刺入植物时不被折断，蚜虫会先分泌大量带有水解酶的唾液，在植物表皮和叶肉细胞的间隙开出一条通道。

“这条通道直达植物的韧皮部。病毒一旦进入韧皮部，可就不得了了。”孙玉诚打了个比方，在细胞之间传递的病毒，就像从北京走路去广州，速度很慢；而进入韧皮部的病毒，就像上了“高速公路”，传播特别快。

正在取食植物韧皮部汁液的桃蚜口针切片

不过，这条“高速公路”也并非总是通畅。

韧皮部中有个结构叫筛板，中间有很多小孔。植物受伤后，会分泌一种叫筛管阻塞蛋白的物质，堵住筛孔，防止汁液流失。而蚜虫口针进入韧皮部后会促进筛管阻塞蛋白的表达。按常理推测，增加的筛管阻塞蛋白应该会堵住筛孔，从而进一步阻碍病毒的扩散。

但孙玉诚的团队做了大量实验，却发现尽管筛管阻塞蛋白增加了，筛板却没有被堵住，病毒还在快速扩散。

“是不是筛管蛋白还不够多、堵得不够严实？”顺着这个常规思路，团队将着力点放在研究筛管阻塞蛋白的数量变化上，谁知，却在这里一卡就是两年之久。

直到有一天，他们发现了一个反常的事实，也是蚜虫的“小心机”所在。

他们发现，蚜虫的唾液蛋白可以“劫持”筛管阻塞蛋白，通过分子间二硫键，形成共聚合体，包裹住病毒，穿越“高速公路的路障”，加速前进。

最终，他们得出结论：植物的筛管阻塞蛋白堵住筛孔，就像人体的血小板凝结止血，本意是自我保护，但病毒和蚜虫十分狡猾，不仅绕过了这道防线，还利用“特洛伊木马”的方式搭上穿越筛孔的便车。孙玉诚团队的研究，对于理解病毒和宿主的互作有普遍意义。

这项研究的第一作者是副研究员郭慧娟。她也是戈峰的学生，比孙玉诚低五级。她从学生时期开始就偏植物保护方向，对植物的结构更熟悉。2023年，郭慧娟和孙玉诚就曾在PNAS上发表了一篇论文，探究病毒如何通过囊泡在细胞之间传递。

“这两篇论文是姊妹篇。我们先探究病毒在植物相邻细胞之间是如何‘走路’，进而探究病毒如何‘走高速路’。”孙玉诚说。

图为桃蚜，其已知寄主植物400余种，包括一些主要的蔬菜、水果和经济作物等。

“没有捷径”

最令孙玉诚感到自豪的，是团队对蚜虫的研究技术，哪怕放在世界上也是绝无仅有的。

研究蚜虫，最大的困难在于“太微观了”。试想，蚜虫本身仅有几毫米，还要观察它的口针、翅原基、卵巢，难度之大可想而知。同样微小的果蝇，作为经典模式生物，经过一百多年的研究积累，遗传工具非常成熟。相比之下，蚜虫的技术门槛更高。

经常有国外同行给孙玉诚发来邮件，请教蚜虫的研究方法。孙玉诚给出的答案是，“没有捷径，我们的技术方案建立在大量失败的基础上”。

在孙玉诚实验室，有三样关于蚜虫的东西，是别人很难做到的。

第一是正在吸食植物韧皮部汁液的蚜虫口针切片照片。要把蚜虫的口针和植物组织内的取食通道完整保留在同一切片上，操作时需要依次用石蜡固定、包埋，然后找不同的角度切片、拍照。切片要切上百张，每一张都放到显微镜下仔细看。

第二是翅原基。翅原基是胚胎期至一龄若虫体内的一个小点，藏在蚜虫胸部背板的皮下，肉眼无法看见，它是蚜虫翅发育的基础。如果蚜虫是无翅的，则会特异性降解。孙玉诚团队能在蚜虫还未出生时就定位到这个皮下组织（约15×50微米），看到翅原基从有到无的过程。

第三是胚胎分期。蚜虫体内的胚胎非常小，胚胎体内又有胚胎，孙玉诚团队可以对任何龄期的蚜虫进行卵巢中胚胎的解剖，能从0期胚胎一直解剖到20期胚胎，并分期进行实验操作，精度极其严苛。

团队每次取样时，都要协调五六个学生同时在显微镜下解剖。他们用特制镊子在显微镜下小心翼翼地手工操作，与精度、时间和自身的体力赛跑。往往好几千只蚜虫，才够跑一次检测。

孙玉诚总结，这么多年团队一直在不断尝试、不断失败，再不断优化，才提炼出一套做蚜虫的技术方法。对他而言，科学研究始终无法走捷径。

记者采访接近尾声时，孙玉诚聊起了对学生的期待。

他说，现在的博士生比他那时候更“难”。国家的科研实力在增强，整体水平上去了，门槛也随之提高。同样的付出，现在的学生可能收获得更少。

因此，每年五一、十一假期，孙玉诚都会建议学生回家“充充电”，有家庭的温暖，回来后工作效率比一直耗在实验室高。“创造力需要滋养。”孙玉诚说。

“我们需要去培养、去筛选，找到能接力的人，把研究事业传承下去、发扬好，把我们的故事讲好。这个故事不是编撰出来的，而是前几辈的人做过的事。”孙玉诚告诉《中国科学报》。

人还是要有追求，不断地往前走。这也是他35岁决定转行时，心里想的那句话。

孙玉诚（后排左六）实验室成员合影（2024年）