一次偶然，博士生唐丹發(fā)現(xiàn)：蚊子對(duì)蟲(chóng)子的“僵尸”偏愛(ài)有加：當(dāng)大蠟螟的幼蟲(chóng)被綠僵菌（一種真菌）侵染而死，蚊子就蜂擁而至。對(duì)綠僵菌來(lái)說(shuō)，隨著舊寄主的生命走向終點(diǎn)，新的寄主——蚊子正朝著它們緩緩飛來(lái)。

是什么促成了綠僵菌在環(huán)境中的傳播?浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院方衛(wèi)國(guó)教授與農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院黃健華教授合作開(kāi)展了深入研究，他們發(fā)現(xiàn)：一種叫長(zhǎng)葉烯的“氣味”分子起到了關(guān)鍵的招引作用，促成了綠僵菌在新舊寄主之間的遷移。

圖：蚊子駐留在被綠僵菌侵染的昆蟲(chóng)尸體上

這一發(fā)現(xiàn)為人類(lèi)發(fā)展新的控蚊策略提供了啟發(fā)：研究團(tuán)隊(duì)對(duì)綠僵菌進(jìn)行基因改造，培養(yǎng)了一個(gè)新型的工程菌株，讓這種田間常用的殺蟲(chóng)真菌自然散發(fā)“誘蚊”氣味，它能對(duì)蚊子進(jìn)行高效“誘殺”。學(xué)界認(rèn)為，這一份方法有效克服了傳統(tǒng)化學(xué)殺蟲(chóng)劑因抗性而失效的難題，具有高效、安全且成本低廉的優(yōu)勢(shì)，將為蚊蟲(chóng)防控尤其是干預(yù)蚊媒疾病的傳播提供全新方案。10月24日，相關(guān)論文Engineered Metarhizium fungi produce longifolene to attract and kill mosquitoes在Nature Microbiology發(fā)表。

讓蚊子感到“真香”的分子

綠僵菌是一種能在蝗蟲(chóng)、飛蛾、蚊子等多種昆蟲(chóng)寄生的真菌。它的孢子可突破昆蟲(chóng)體壁進(jìn)入寄主體內(nèi)并快速生長(zhǎng)繁衍，將寄主消耗成一具空洞的尸體，表面堆積起數(shù)萬(wàn)億孢子組成的灰綠色“粉末”。

人類(lèi)利用綠僵菌來(lái)治理害蟲(chóng)已有上百年歷史，這也是方衛(wèi)國(guó)實(shí)驗(yàn)室的重點(diǎn)研究方向。2018年，博士生唐丹告訴他一個(gè)奇怪的現(xiàn)象：那些被綠僵菌侵染的大蠟螟幼蟲(chóng)招來(lái)了不少蚊子。她看到原本飛飛停停的蚊子，在灰綠色的蟲(chóng)子“干尸”上流連忘返，甚至不在意人類(lèi)拿相機(jī)對(duì)著拍特寫(xiě)。相比之下，未受侵染的蟲(chóng)子吸引力就小得多。

圖：被綠僵菌侵染的蚊子，綠色熒光為綠僵菌的菌絲和孢子標(biāo)記

這引發(fā)了方衛(wèi)國(guó)的好奇：什么這么招蚊子呢？方衛(wèi)國(guó)說(shuō)，對(duì)于綠僵菌而言，蚊子就是它們的孢子下一次“綻放”的地方，找到吸引蚊子的原因，也就意味著找到了促成綠僵菌在環(huán)境中擴(kuò)散的幕后推手。通過(guò)與黃健華老師合作，他們發(fā)現(xiàn)：失去嗅覺(jué)的蚊子沒(méi)有明顯偏好。這暗示了有“氣味分子”在左右蚊子的行為。

科研人員研究了綠僵菌侵染的大蠟螟幼蟲(chóng)的揮發(fā)物，分離并鎖定了小分子化合物———長(zhǎng)葉烯。 “對(duì)很多昆蟲(chóng)來(lái)說(shuō)，長(zhǎng)葉烯是糖原的信號(hào)之一?！秉S健華說(shuō)，“其實(shí)蚊子是“素食”動(dòng)物，植物是它們主要的能量來(lái)源。尋找糖原是它們每天的‘工作’，而只有交配后的雌蚊子才會(huì)叮咬人和動(dòng)物，它們吸血?jiǎng)t是為了蟲(chóng)卵發(fā)育?！?/p>

為傳播綠僵菌“鋪路”

長(zhǎng)葉烯的發(fā)現(xiàn)，成為科學(xué)家摸清綠僵菌傳播路徑的關(guān)鍵一環(huán)——對(duì)于很多寄生型真菌來(lái)說(shuō)，找到下一任寄主就意味著種群繁衍的可能。比如，有一種僵尸真菌能控制螞蟻的神經(jīng)系統(tǒng)，“指揮”寄主在臨死前找到一處葉子停留，當(dāng)其他螞蟻經(jīng)過(guò)，真菌的孢子就有可能成功“著陸”到新的寄主。

綠僵菌如何在環(huán)境中擴(kuò)散？從前，人們對(duì)其中的機(jī)制并不清楚，這限制人們利用它來(lái)對(duì)付害蟲(chóng)的效率?！熬G僵菌早已是田間廣泛使用的真菌殺蟲(chóng)劑。它對(duì)害蟲(chóng)的毒力和對(duì)環(huán)境的安全性已經(jīng)過(guò)了多年考驗(yàn)，然而在飛舞蚊蟲(chóng)接種率方面還不夠理想。這是真菌類(lèi)殺蟲(chóng)劑應(yīng)用于放蚊的‘短板’所在。”方衛(wèi)國(guó)想：讓蚊子感到“真香”的分子，能否用來(lái)提高綠僵菌的吸引力呢？研究團(tuán)隊(duì)嘗試用長(zhǎng)葉烯“武裝”綠僵菌，為它們的傳播“鋪路”。

圖：研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的綠僵菌新型菌株，可自然釋放長(zhǎng)葉烯，高效誘殺蚊蟲(chóng)?？稍谂囵B(yǎng)基上大量生產(chǎn)。

許多植物都會(huì)釋放長(zhǎng)葉烯；人類(lèi)則從松樹(shù)等植物中提取長(zhǎng)葉烯，用來(lái)調(diào)制木質(zhì)香調(diào)的香水。前期實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，直接在培養(yǎng)基上產(chǎn)生的綠僵菌，只產(chǎn)生極微量的長(zhǎng)葉烯，對(duì)蚊子毫無(wú)吸引力。于是，研究團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)了一項(xiàng)改造：將植物中合成長(zhǎng)葉烯的基因轉(zhuǎn)移給綠僵菌。這種新型的菌株不但能在培養(yǎng)基上大量生產(chǎn)，而且還能散發(fā)出渾然天成的、蚊子喜歡的“木質(zhì)香”，讓蚊子誤以為美食近在眼前。就像蜜蜂采花蜜時(shí)傳播了花粉，循香而來(lái)的蚊子不經(jīng)意間就會(huì)沾上綠僵菌的孢子，這些孢子會(huì)在寄主體內(nèi)大肆繁殖，最終置蚊子于死地。

從“工程菌”到“功臣”菌

隨著全球氣候變化，瘧疾、登革熱、寨卡、基孔肯雅熱等蚊媒疾病的傳播在全球有蔓延跡象。特別在非洲國(guó)家，蚊蟲(chóng)防控更是一項(xiàng)艱難而緊迫的公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的化學(xué)殺蟲(chóng)劑因蚊子產(chǎn)生抗性而失效的現(xiàn)象普遍存在，當(dāng)前急需高效安全的新型防蚊技術(shù)和產(chǎn)品。

“綠僵菌本身是一種環(huán)境友好、溫和的殺蟲(chóng)劑，因此對(duì)選擇壓力并不大，可以避免抗性問(wèn)題”，方衛(wèi)國(guó)說(shuō)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察，被綠僵菌侵染后就像得了重病，會(huì)在幾天內(nèi)死亡，并且叮咬人的意愿會(huì)明顯下降?！痹谶@項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)著重從提升接種率的角度，助力綠僵菌向蚊子擴(kuò)散。

接種率有多少？這是評(píng)估工程化綠僵菌是否成功的關(guān)鍵。實(shí)驗(yàn)室里，培養(yǎng)皿中的“工程菌”長(zhǎng)勢(shì)喜人，煙霧般彌曼的白色菌絲上已經(jīng)覆蓋了層層疊疊的孢子，靜靜等待蚊子“上鉤”?！耙粋€(gè)晚上下來(lái)，接種率達(dá)到100%。這是實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果。”為了進(jìn)一步評(píng)估工程版綠僵菌的吸引力，研究人員還設(shè)計(jì)了兩組吸引力挑戰(zhàn)：“木質(zhì)香”的綠僵菌分別和人類(lèi)志愿者、最招蚊子的植物紫花蘆莉進(jìn)行PK。結(jié)果顯示：人類(lèi)的存在并不削弱綠僵菌的吸引力；雖然來(lái)自紫花蘆莉的“競(jìng)爭(zhēng)”對(duì)綠僵菌的誘殺蚊蟲(chóng)能力有所削弱，但也達(dá)到了80%以上的致死率，圓滿完成了科學(xué)家設(shè)定的KPI.

方衛(wèi)國(guó)的實(shí)驗(yàn)室，一半研究生都在野外做實(shí)驗(yàn)，和綠僵菌一起“走南闖北”。2023年，他的團(tuán)隊(duì)發(fā)表了利用綠僵菌來(lái)解決環(huán)境中汞污染的研究，被美國(guó)科學(xué)院授予Cozzarelli prize (科扎雷利獎(jiǎng)）提名獎(jiǎng)。目前實(shí)驗(yàn)室一位博士生在貴州省開(kāi)展相關(guān)田間試驗(yàn)。方衛(wèi)國(guó)說(shuō)，這幾年自己的研究品味發(fā)生了很大改變，相比論文發(fā)在哪里，他更關(guān)心這個(gè)發(fā)現(xiàn)到底能不能解決實(shí)際問(wèn)題。

看到工程菌對(duì)蚊子高效的誘殺效果，他已經(jīng)迅速開(kāi)啟半野外試驗(yàn)了，希望這項(xiàng)技術(shù)能在實(shí)際應(yīng)用中繼續(xù)優(yōu)化。 “安全、有效、廉價(jià)，我非?？春眠@項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用前景。應(yīng)對(duì)全球挑戰(zhàn)，希望我們的中國(guó)方案能助上一臂之力?！狈叫l(wèi)國(guó)說(shuō)。

圖：研究團(tuán)隊(duì)成員,從左到右分別為：陳佳妮、黃健華、方衛(wèi)國(guó)

唐丹博士，農(nóng)學(xué)院百人計(jì)劃研究員陳佳妮、生科院博士生張宇博為論文第一作者。江蘇省血吸蟲(chóng)和寄生蟲(chóng)病防治研究所曹俊研究員、朱國(guó)鼎研究員，美國(guó)馬里大學(xué)Raymond J St. Leger和布基納法索IRSS研究所Abdoulaye Diabate參與了合作研究。研究受到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和蓋茨基金會(huì)的資助。

文 | 周煒

圖 |  課題組 朱原之

編輯 |  周煒

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