孙玉诚

桃蚜的已知寄主植物有400余种，包括一些主要的蔬菜、水果和经济作物等。

不同龄期、不同体色的桃蚜。受访者供图

■本报记者 王兆昱

春夏季节，小麦灌浆时，穿一件略鲜艳的淡黄色衣服走进麦田，肩膀上会落满针尖大小的蚜虫，绿色、黑色、黄色……它们虽然只有几毫米大小，却传播了地球上55%的植物病毒。

小小的蚜虫，破坏力为何这么大？不久前，中国科学院动物研究所（以下简称动物所）研究员孙玉诚带领团队揭示了蚜传病毒系统性侵染的分子机制。相关成果发表于《先进科学》。

谁曾想到，多年前，孙玉诚在快35岁时作出一个“转行”的决定：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。

“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，他发现这里昆虫学领域的大师云集。

当时，孙玉诚的导师戈峰是中国科学院院士马世骏的关门弟子，专攻昆虫生态；隔壁研究组的研究员王琛柱专攻昆虫生理；还有专攻蚜虫分类学的中国科学院院士张广学。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……

中国科学院院士康乐曾对孙玉诚说：“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。第一变是有翅和无翅。第二变是有性和无性。春夏两季，蚜虫会进行无性（孤雌）生殖，雌虫自己就能繁殖，7天一代；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”。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。

但万变不离其宗——繁衍下去。“蚜虫孤雌生殖，每7天就有新的一代出生，这就会产生一个很有趣的现象——蚜虫的姥姥比孙女只大14天。”孙玉诚笑着说。

“重新当学生”

说起孙玉诚当年的转行，直接原因是要自立门户，当独立课题组负责人，不再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。

加入动物所以来，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，无翅的母体产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“大学科转行”，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。这个项目联合了中国科学院的优势力量，参与其中的孙玉诚思维一下子被打开了——在实验室里沉下心，聚焦微观的世界。

导师戈峰也用自己的亲身经历给孙玉诚作了示范。2021年，近60岁的戈峰来到山东省农业科学院，开始第二次“创业”，做农产品生态调控。

对此，孙玉诚觉得很不容易。“生态”是个好理念，戈峰要做的是把理念真正落地，让果农、粮农在经济上有收益的同时，也减少农药和化肥的使用。这件事不仅是做科研、发文章，更多的是制定规范，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，孙玉诚觉得人还是要有追求，不断地往前走。

被卡住的两年

2019年，转方向后的孙玉诚将目光聚焦于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“1/40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”，传播得特别快。

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。

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，筛孔却没有被堵住，病毒还在快速扩散。

“是不是筛管阻塞蛋白还不够多、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，谁知在这里一卡就是两年之久。

直到有一天，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。

这项研究的第一作者是动物所副研究员郭慧娟，也是戈峰的学生。她从学生时期就开始偏向植物保护方向的研究，对植物的结构更熟悉。2023年，郭慧娟和孙玉诚在美国《国家科学院院刊》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如何‘走路’，进而探究病毒如何‘走高速路’。”孙玉诚说。

“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放眼全球也是绝无仅有的。

研究蚜虫最大的困难是“太微观了”。蚜虫本身仅有几毫米，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”。

在孙玉诚的实验室，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，第二是翅原基，第三是胚胎分期。

由于蚜虫体内的胚胎非常小，胚胎内又有胚胎，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，才能做一次检测。

这么多年，孙玉诚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研究的技术方法。对他而言，科学研究始终无法走捷径。

采访接近尾声时，孙玉诚聊起了对学生的期待。他说，现在的博士生比自己那时候更“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。

每年一到假期，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，把故事讲好。这个故事不是编撰出来的，而是几辈人做的事。”孙玉诚告诉《中国科学报》。

“人还是要有追求，不断地往前走。”这也是孙玉诚35岁决定“转行”时，心里想的那句话。