老葉的植物王國

  正在生小蚜蟲的蚜蟲。圖片來源： 維基百科 蚜蟲（aphids）是蚜總科（Aphidoidea）下所有成員的總稱。蚜蟲靠著口器刺穿植物的篩管（phloem），由於篩管內有壓力，所以一旦刺穿，篩管內的液體就源源流入蚜蟲。蚜蟲在進食過程中常常會將攜帶的植物病毒傳播到宿主植物上，造成宿主患病甚至死亡。更何況，吸食篩管汁液會影響農作物產量。所以，蚜蟲是農作物害蟲防治的重要目標之一。 雖然蚜蟲有雌雄之分，但一年之中大部分的時候雌蚜蟲都可不經交配直接產下小蚜蟲（如上圖），到秋冬時，雌蚜蟲才會跟雄蚜蟲交配產卵過冬。 最近的研究發現，黃瓜花葉病毒（cucumber mosaic virus，CMV）所帶有的Y-衛星RNA（Y-sat）具有讓蚜蟲長出翅膀的能力。過去的研究發現，帶有Y-sat的黃瓜花葉病毒在感染煙草時，會讓受感染的葉片區域變黃，而蚜蟲會受到黃色吸引（那就是為何黏蟲貼片都是黃色的）。 受到黃色吸引的蚜蟲，在吸食這些含有Y-sat的病毒的汁液後，會生出明顯較多紅色的若蟲（nymph）。這些紅色的若蟲後來便長出翅膀來，但綠色的若蟲就不會長翅膀。 研究團隊發現，雖然變黃色的區域的病毒量並不高（比綠色區域低了13.5倍），但並不影響蚜蟲感染植物的能力，而黃色的區域光合作用的能力也並未減少。 長出翅膀對蚜蟲的生存當然是一種利多，但是黃瓜花葉病毒究竟是怎麼讓蚜蟲產生這種變化的？進一步的研究發現，這些有Y-sat的CMV進入蚜蟲體內後，會產生25-33個核苷酸長的干擾RNA（siRNA）。很妙的是，Y-sat只有22-25個核苷酸長，所以到底這較長的干擾RNA是怎麼產生的？研究團隊還沒有答案，但是他們發現，受到Y-sat CMV感染的蚜蟲，與翅膀發育的兩個基因 Apns1 與 ABCG4 的表現量都上升了，這可能是牠們長出翅膀的原因。 參考文獻： Jayasinghe, W.H., Kim, H., Nakada, Y. et al. A plant virus satellite RNA directly accelerates wing formation in its insect vector for spread. Nat Commun 12, 7087 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-27330-4

蚜蟲與寄生蜂。圖片來源： Science 蚜蟲（aphids）是小麥的主要害蟲之一。牠不只是吸取小麥的汁液，影響了收穫量而已；為了要找個安全的地方下蛋，有些蚜蟲還會在葉片上注射毒素，使葉片枯黃縐折，好製造一個可以安全產卵的地方；另外，蚜蟲也是許多病毒的媒介。頭痛的是，很多蚜蟲都已經對農藥有抗藥性了。 不過，蚜蟲還是有牠的天敵，包括寄生蜂以及瓢蟲等。當蚜蟲被寄生蜂攻擊時，會釋放出一種倍半萜費洛蒙（ E ）-β-farnesene（Eβf）警告周圍的蚜蟲，於是還沒有被攻擊的蚜蟲們便開始四散奔逃。除此之外，Eβf還能把寄生蜂吸引來，捕捉更多的蚜蟲喔！ 來自英國洛桑研究所（Rothamsted Research）的科學家們認為，如果能夠讓小麥可以隨時隨地釋放Eβf，或許這樣可以使小麥免於被蚜蟲入侵？ 聽起來像個蠻好的想法。而且，在1983年於一種野生馬鈴薯發現，它也會製造Eβf來趕走蚜蟲、吸引寄生蜂。於是，研究團隊便開始試著讓小麥可以表現Eβf。 研究團隊將薄荷裡面的一個類似於Eβf合成酶的酵素略加改造後，將這個酵素以及另一個稱為FPPS的酵素（負責合成更多Eβf合成酶的受質）轉入植物後，它便可以合成Eβf了。一開始先轉入阿拉伯芥，也得到了滿意的成果後，於是便開始進行小麥的轉殖。但是在小麥裡酵素的表現卻不是那麼令人滿意，也造成Eβf的產量低到無法偵測。最後，研究團隊把兩個酵素都放進葉綠體中，才能夠偵測到令人滿意的Eβf表現量。 得到可以表現Eβf的基改小麥後，緊接著就要測試是否能驅蟲了。實驗室的測試結果OK，但是接著的田間測試，一開始就差點做不成！原來在測試前，被「Take the Flour Back」這個團體聽到消息，威脅要把測試的基改小麥連根拔起；後來經過科學家們的公開呼籲以及媒體辯論後，終於可以進行田間測試了。只是，為了防止轉殖基因外流以及可能的人為破壞，籬笆與安全措施總共花了兩百二十萬英鎊，足足可以養整個研究團隊十五年。研究團隊測試了三批小麥：2012與2013春播，以及2013秋播。令人失望的是，田間測試的結果發現：2012與2013年春播的小麥，轉殖基因好像一點用也沒有；表現Eβf的基改小麥上面的蚜蟲數目並沒影顯著減少。2013年秋播的好像有一點點差別，不過也在誤差範圍內。 到底是怎麼回事？會是因為那兩年的夏天又濕又冷，造成蚜...