桃蚜（Myzus persicae）是全球分布的廣食性農業害蟲，能夠為害上百種植物并傳播較多農作物病毒病，是重要的農業病原媒介昆蟲。據統計，超過55%的植物病毒是由蚜蟲傳播的。蚜蟲傳播病毒造成的危害大于對植物的直接危害。自然界中，蚜蟲依據不同密度、營養、光溫等環境因素在有翅型和無翅型之間轉變，具有翅兩型分化現象。“遷飛型”的有翅蚜和“繁殖型”的無翅蚜在轉移擴散、寄主選擇、取食行為等方面均表現出明顯差異。與無翅型蚜蟲相比，有翅蚜頻繁更換取食位點、具備更強的轉移擴散能力，被認為在農作物病原的傳播與擴散中發揮更為關鍵的作用，由此增加了蟲媒病毒病大流行的風險。然而，翅兩型蚜蟲傳毒效率的差別及其調控機制尚不清楚。
3月28日，中國科學院動物研究所研究員孫玉誠聯合山東省農業科學院戈峰團隊，在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上，發表了題為Salivary carbonic anhydrase II in winged aphid morph facilitates plant infection by viruses的研究論文。該研究發現有翅蚜唾液組分能夠促進傳毒效率，特別是唾液腺高表達的碳酸酐酶作為病毒擴散的“增效蛋白”，能夠分泌進入植物，導致質外體酸化，提高了植物細胞壁的通透性和囊泡運輸速率，從而利于病毒侵染和擴散，這是有翅蚜高效傳播非持久循環病毒的重要基礎。
蚜蟲主要傳播非持久循環病毒，且病毒只附著在蚜蟲口針尖端，無法進入血淋巴循環復制。在帶毒蚜蟲的取食過程中，病毒粒子伴隨唾液組分一同被分泌至寄主植物內。唾液組分能夠改變植物組織微環境，在長期演化過程中為蟲媒病毒的協同侵染和系統擴散創造有利條件。該研究通過蚜蟲唾液與病毒共侵染實驗發現，無論是病毒的媒介昆蟲桃蚜還是非媒介昆蟲豌豆蚜，有翅型的唾液相較于無翅型更加高效的促進了兩種蚜傳非持久性病毒：黃瓜花葉病毒和蕪菁花葉病毒在植物細胞間的擴散。翅兩型桃蚜和豌豆蚜唾液腺轉錄組分析發現，兩種蚜蟲的有翅型唾液腺均高表達碳酸酐酶CA-II，并證實了CA-II可以被蚜蟲分泌進入植物細胞間隙（圖1）。敲低CA-II可以增強蚜蟲的韌皮部取食，卻不利于蚜蟲移動擴散。由于CA-II催化CO2和H2O轉化為H+和HCO3-，研究通過染色法定量分析了蚜蟲在刺探過程中分泌的CA-II對植物細胞間隙質外體酸堿度的影響，發現蚜蟲分泌的CA-II能夠導致植物質外體酸化，提高細胞壁果膠降解酶活性，降低去甲酯化果膠含量，造成細胞壁結構松散。在蚜蟲唾液降解細胞壁的過程中，植物能夠感知細胞壁損傷進而激活囊泡運輸系統，將胞內的果膠運送到細胞間隙。研究利用熒光標記技術和遺傳學實驗證明蟲媒病毒能夠借助植物囊泡運輸系統，實現細胞間擴散。該研究揭示了碳酸酐酶是有翅蚜高效傳毒的分子基礎，即其唾液增效蛋白通過改變質外體酸堿微環境，調控細胞囊泡運輸系統驅動有翅蚜高效傳毒，這為蟲媒病毒病的生態防控提供了分子靶標。
研究工作得到國家重點研發計劃、中科院戰略性先導科技專項（B類）培育項目、中國煙草總公司重大科技項目、國家自然科學基金等的支持。