2021年2月23日，张传溪教授团队在eLife上在线发表了题为“Three-dimensional reconstruction of a whole insect reveals its phloem sap-sucking mechanism at nano-resolution”的研究论文，首次利用大尺度三维电镜技术重构出稻飞虱纳米分辨率的三维结构，揭示了其内部组织器官尤其是口器和气管系统结构与功能的关系，这也是利用该技术构建的第一个完整昆虫三维结构。
稻飞虱属于半翅目，是最具毁灭性的水稻害虫。褐飞虱群体每年从中南半岛迁飞至我国，韩国，日本等地，对农业造成巨大的损失。团队收集了长600微米的褐飞虱若虫完整的三维电镜数据，并利用计算机处理技术重构了其消化、神经、呼吸等生理系统并解析了取食过程中口器刺入植物的过程。
张传溪教授团队在中央神经系统中构建了24个神经纤维网；在消化系统等组织中发现了四种不同的共生菌，其中含真菌共生菌的菌胞是单个细胞，但占据了腹部22%的体积。在唾液腺中发现了包括副腺在内的10种腺体；在气管中发现了类似交通环岛的四通环结构，该结构可以连通身体左右两侧的气管网络。对取食的褐飞虱头壳内的肌肉的分析表明，褐飞虱通过压缩喙部从而使口针伸出，这个结论和以前认为的由肌肉直接控制口针刺入植物大相径庭。
论文还提供了一份非常有用的Interactive 3D pdf 文件，读者可以任意放大缩小和从不同角度观察感兴趣组织的三维结构，为教学科研提供了仔细观测该昆虫内部结构及互相之间关系的互动课件。
编辑评论指出，半翅目昆虫包括传播美洲锥虫病的猎蝽以及传播植物病毒的蚜虫等，都具有专门用于吸食液态食物的口器，这篇文章的作者使用电子显微镜重建了这些微小的口器结构，并展示出了形态和功能的匹配，对所有对动物形态和进化感兴趣的人来说，这是一篇引人入胜的优秀研究；同时指出这一首次昆虫内部结构的纳米级重建，对于教科书来说非常有用，并且有助于推动如今个体水平上的基本生物学的复兴。
浙江大学昆虫所研究生王欣秋、浙江大学医学院冷冻电镜中心工程师郭建胜为该研究的共同第一作者，张传溪教授为通讯作者。浙江大学昆虫研究所博士后李丹婷等参与了研究。该研究的三维电镜数据采集和数据处理工作全部在浙江大学医学院冷冻电镜中心完成。
论文链接：https://elifesciences.org/articles/62875
日期：2021-03-27
