同一种昆虫，为什么有的会长翅膀，有的不长翅膀？这个困扰生物学家半个多世纪的疑团，终于被浙江大学张传溪教授实验室解开。记者从浙江大学了解到，北京时间今日凌晨，Nature在线发表了张传溪教授实验室的这项研究成果，该成果填补了昆虫进化发育学的空白，Nature外审专家指出，“该研究代表了多型现象分子机理研究的一个里程碑”。
据介绍，很多昆虫如蚜虫、飞虱、蟋蟀等的若虫在不同环境条件下会选择性地发育成为长翅型或短(无)翅型成虫。长翅型个体具有发育完全的前后翅和飞行肌，具飞行能力，当环境条件恶劣时，可以向新的适宜生境扩散；而短翅型个体的前后翅和飞行肌退化，丧失飞行能力，但具有较高的生殖力，有利于种群在适宜的环境条件下快速增殖。因此，翅多型生物特性使这些昆虫在生态系统中成为优势种，如果这些昆虫是重要作物害虫，就会极大增加其防治的难度。
半个世纪以来，虽然众多学者以蚜虫、飞虱、蟋蟀为模式，对昆虫翅多型进行了广泛的研究，也积累了大量的资料，但尚未能揭示翅型分化的分子机制。针对这一悬而未决的科学问题，张传溪教授实验室选择了亚洲水稻重要害虫褐飞虱为模型，自主设计和研究,经过近5年的潜心努力，终于发现了控制昆虫长短翅型可塑性发育的分子机制，提出了2个胰岛素受体调控翅型分化的信号通路模型。
研究发现，褐飞虱2个序列同源性很高的胰岛素受体在长、短翅分化中起着开关作用，其中第一个受体(受体I)扮演着典型的胰岛素受体功能，而第二个受体(受体II)则是反式调节因子。当受体II活性低时，个体就发育为长翅型。相反，当受体II活性高时，个体发育为短翅型。为了证明这种调控机制是否具有普遍性，他们同时用另外2种水稻重要害虫白背飞虱和灰飞虱作了进一步验证，结果表明，飞虱科昆虫翅型的可塑性发育都由这2种胰岛素受体“开关”调控。该项研究结果在进化发育生物学和昆虫翅型可塑性发育研究上具有重要意义。
胰岛素信号转导通路是动物细胞最基本通路，该通路异常与许多疾病相关。本项研究的另一意义是发现了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，并为未来例如糖尿病等疾病的防控与治疗提供了新的途径和方法。
这项基础研究将对农业害虫防治产生不可估量的影响。张传溪介绍，褐飞虱是水稻的最重要害虫，除直接取食危害外,还可传播多种病毒，给水稻生产造成巨大损失，年均损失为10~20亿公斤，对我国粮食安全造成很大威胁。褐飞虱是典型的翅二型昆虫，短翅型使其能在合适的稻田快速繁殖，而长翅型则使其能在水稻黄熟前和气候不适时迁移到合适的生境。翅二型分化和长距离迁飞是褐飞虱成为“国际性、迁飞性、爆发性、毁灭性”大害虫的主要因素。该项研究结果从分子机制上解析了翅型分化的本质，为褐飞虱的测报预警提供了重要的理论依据，也对开发新型稻飞虱治理技术具有重要价值。未来，可以根据该成果的理论设计一种专门的药物，针对靶点打断稻飞虱迁飞的循环，从而达到治理的效果。
Nature今晨发表的论文，副教授徐海君和博士生薛建为共同第一作者，张传溪和徐海君为通讯作者。
本报记者孟佳韵