一次偶然，博士生唐丹發(fā)現(xiàn)：蚊子對蟲子的“僵尸”偏愛有加：當大蠟螟的幼蟲被綠僵菌（一種真菌）侵染而死，蚊子就蜂擁而至。對綠僵菌來說，隨著舊寄主的生命走向終點，新的寄主——蚊子正朝著它們緩緩飛來。

是什么促成了綠僵菌在環(huán)境中的傳播?浙江大學生命科學學院方衛(wèi)國教授與農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學院黃健華教授合作開展了深入研究，他們發(fā)現(xiàn)：一種叫長葉烯的“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尸體上

這一發(fā)現(xiàn)為人類發(fā)展新的控蚊策略提供了啟發(fā)：研究團隊對綠僵菌進行基因改造，培養(yǎng)了一個新型的工程菌株，讓這種田間常用的殺蟲真菌自然散發(fā)“誘蚊”氣味，它能對蚊子進行高效“誘殺”。學界認為，這一份方法有效克服了傳統(tǒng)化學殺蟲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，將為蚊蟲防控尤其是干預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、飛蛾、蚊子等多種昆蟲寄生的真菌。它的孢子可突破昆蟲體壁進入寄主體內(nèi)并快速生長繁衍，將寄主消耗成一具空洞的尸體，表面堆積起數(shù)萬億孢子組成的灰綠色“粉末”。

人類利用綠僵菌來治理害蟲已有上百年歷史，這也是方衛(wèi)國實驗室的重點研究方向。2018年，博士生唐丹告訴他一個奇怪的現(xiàn)象：那些被綠僵菌侵染的大蠟螟幼蟲招來了不少蚊子。她看到原本飛飛停停的蚊子，在灰綠色的蟲子“干尸”上流連忘返，甚至不在意人類拿相機對著拍特寫。相比之下，未受侵染的蟲子吸引力就小得多。

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記

這引發(fā)了方衛(wèi)國的好奇：什么這么招蚊子呢？方衛(wèi)國說，對于綠僵菌而言，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)境中擴散的幕后推手。通過與黃健華老師合作，他們發(fā)現(xiàn)：失去嗅覺的蚊子沒有明顯偏好。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的揮發(fā)物，分離并鎖定了小分子化合物———長葉烯。 “對很多昆蟲來說，長葉烯是糖原的信號之一?！秉S健華說，“其實蚊子是“素食”動物，植物是它們主要的能量來源。尋找糖原是它們每天的‘工作’，而只有交配后的雌蚊子才會叮咬人和動物，它們吸血則是為了蟲卵發(fā)育?！?/p>

為傳播綠僵菌“鋪路”

長葉烯的發(fā)現(xiàn)，成為科學家摸清綠僵菌傳播路徑的關(guān)鍵一環(huán)——對于很多寄生型真菌來說，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，當其他螞蟻經(jīng)過，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)境中擴散？從前，人們對其中的機制并不清楚，這限制人們利用它來對付害蟲的效率?！熬G僵菌早已是田間廣泛使用的真菌殺蟲劑。它對害蟲的毒力和對環(huán)境的安全性已經(jīng)過了多年考驗，然而在飛舞蚊蟲接種率方面還不夠理想。這是真菌類殺蟲劑應(yīng)用于放蚊的‘短板’所在?！狈叫l(wèi)國想：讓蚊子感到“真香”的分子，能否用來提高綠僵菌的吸引力呢？研究團隊嘗試用長葉烯“武裝”綠僵菌，為它們的傳播“鋪路”。

圖：研究團隊創(chuàng)建的綠僵菌新型菌株，可自然釋放長葉烯，高效誘殺蚊蟲。可在培養(yǎng)基上大量生產(chǎn)。

許多植物都會釋放長葉烯；人類則從松樹等植物中提取長葉烯，用來調(diào)制木質(zhì)香調(diào)的香水。前期實驗發(fā)現(xiàn)，直接在培養(yǎng)基上產(chǎn)生的綠僵菌，只產(chǎn)生極微量的長葉烯，對蚊子毫無吸引力。于是，研究團隊啟動了一項改造：將植物中合成長葉烯的基因轉(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。就像蜜蜂采花蜜時傳播了花粉，循香而來的蚊子不經(jīng)意間就會沾上綠僵菌的孢子，這些孢子會在寄主體內(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。特別在非洲國家，蚊蟲防控更是一項艱難而緊迫的公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的化學殺蟲劑因蚊子產(chǎn)生抗性而失效的現(xiàn)象普遍存在，當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、溫和的殺蟲劑，因此對選擇壓力并不大，可以避免抗性問題”，方衛(wèi)國說，根據(jù)實驗觀察，被綠僵菌侵染后就像得了重病，會在幾天內(nèi)死亡，并且叮咬人的意愿會明顯下降。”在這項研究中，研究團隊著重從提升接種率的角度，助力綠僵菌向蚊子擴散。

接種率有多少？這是評估工程化綠僵菌是否成功的關(guān)鍵。實驗室里，培養(yǎng)皿中的“工程菌”長勢喜人，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€晚上下來，接種率達到100%。這是實驗室的結(jié)果?！睘榱诉M一步評估工程版綠僵菌的吸引力，研究人員還設(shè)計了兩組吸引力挑戰(zhàn)：“木質(zhì)香”的綠僵菌分別和人類志愿者、最招蚊子的植物紫花蘆莉進行PK。結(jié)果顯示：人類的存在并不削弱綠僵菌的吸引力；雖然來自紫花蘆莉的“競爭”對綠僵菌的誘殺蚊蟲能力有所削弱，但也達到了80%以上的致死率，圓滿完成了科學家設(shè)定的KPI.

方衛(wèi)國的實驗室，一半研究生都在野外做實驗，和綠僵菌一起“走南闖北”。2023年，他的團隊發(fā)表了利用綠僵菌來解決環(huán)境中汞污染的研究，被美國科學院授予Cozzarelli prize (科扎雷利獎）提名獎。目前實驗室一位博士生在貴州省開展相關(guān)田間試驗。方衛(wèi)國說，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)心這個發(fā)現(xiàn)到底能不能解決實際問題。

看到工程菌對蚊子高效的誘殺效果，他已經(jīng)迅速開啟半野外試驗了，希望這項技術(shù)能在實際應(yīng)用中繼續(xù)優(yōu)化。 “安全、有效、廉價，我非常看好這項技術(shù)的應(yīng)用前景。應(yīng)對全球挑戰(zhàn)，希望我們的中國方案能助上一臂之力?！狈叫l(wèi)國說。

圖：研究團隊成員,從左到右分別為：陳佳妮、黃健華、方衛(wèi)國

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

文 | 周煒

圖 |  課題組 朱原之

編輯 |  周煒

來源 |  浙江大學學術(shù)委員會

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