植物病毒的心機計謀:用香氣誘惑昆蟲,再讓牠們失憶!

更新 發佈閱讀 5 分鐘

記得第一次閱讀《槍砲、病菌與鋼鐵》時,印象非常深刻的部分是:戴蒙用病原體的視角,帶著我們去想:一個病原體要怎樣才是「完美」的病原體?


他提到,「完美」的病原體最好是不把宿主弄死(所以伊波拉並不完美),而且還會讓宿主一肩挑起散播的責任:打噴嚏也好、拉肚子也好、咳嗽也好,反正只要能夠靠某種方法把具有感染力的病原體排出,讓更多的潛在宿主有接觸到的機會,就是「完美」的病原體。


當然,這是因為動物會移動、會排出分泌物或排泄物,所以病原體可以想方設法讓宿主排出帶有病原體的分泌物或排泄物。


那麼,對植物來說,一個「完美」的植物病原體,要取得什麼樣的能力呢?


由於植物不會動,也沒有多少分泌物或排泄物,所以植物病原體必需要另外想辦法。


植物會做什麼呢?我們知道,植物會釋放揮發性化合物,用來吸引授粉的昆蟲或是警告附近的植物自己有麻煩。


如果植物病原體可以讓宿主植物在感染後散發迷人的香氣,吸引無辜的昆蟲上門,再趁機感染牠們,最後還讓牠們「失憶」,不再覺得受感染的植物比較香,而是積極尋找新目標,進一步擴散病毒——這是不是很厲害的植物病原體呢?


當然是囉!而這正是番茄黃化捲葉病毒(Tomato yellow leaf curl virus, TYLCV)的「心機計謀」。


第一步:誘惑——病毒讓番茄變香,吸引煙草粉虱


煙草粉虱(Bemisia tabaci)是一種極具破壞力的農業害蟲,它們不僅會吸食植物汁液,還是許多植物病毒的傳播者。研究團隊發現,當番茄感染 TYLCV 後,會因為TPS3 TPS7 基因表現量上升而釋放更多 β-松油烯(β-myrcene),這是一種對煙草粉虱極具吸引力的揮發性有機化合物。當他們剔除這兩個基因以後,番茄產生β-松油烯的能力消失,煙草粉虱就不來了。


科學家利用氣相層析-質譜儀(GC-MS)分析,發現感染 TYLCV 的番茄葉片 β-松油烯的含量明顯提高,吸引未感染病毒的煙草粉虱前來吸食,進一步讓病毒傳播到昆蟲體內。


就像詐騙集團先用廣告吸引受害者上鉤,病毒透過香氣讓煙草粉虱不自覺地走進陷阱。


第二步:感染——病毒趁機入侵煙草粉虱


能夠讓宿主幫他們叫來「郵差」,已經夠厲害了;但是,病毒並不就此打住。研究團隊發現,當煙草粉虱吸食帶有 TYLCV 的番茄汁液後,病毒便會成功感染煙草粉虱,並潛伏在牠們的體內。


這時,病毒已經完成了一半的計畫。他們讓宿主植物受害,同時也讓昆蟲變成病毒的「載具」。但是,如果煙草粉虱一直停留在同一株植物,病毒就沒辦法進一步擴散!


於是,病毒的下一步——讓昆蟲「變心」——才是它真正的殺手鐧。


第三步:操控——讓煙草粉虱「失憶」,忘記β-松油烯的好味道


一般來說,昆蟲的嗅覺系統會讓它們持續偏好某些特定氣味。然而,TYLCV 竟然能夠直接影響煙草粉虱的嗅覺受體基因(BtMEDOR6),讓牠們對 β-松油烯變得遲鈍。


研究團隊發現,未帶病毒的煙草粉虱會被 β-松油烯吸引,偏好受 TYLCV 感染的番茄;但是帶有病毒的煙草粉虱則因為嗅覺受體基因表現量下降,使牠們不再對 β-松油烯產生反應,轉而尋找新的健康番茄。


這個過程類似於「被洗腦」:病毒讓煙草粉虱逐漸喪失對已感染植株的興趣,逼迫它們尋找新的植物,於是病毒便能擴散到更多宿主。(像不像MIB裡面的洗腦神器呢?)

圖片取自網路

圖片取自網路


這個策略被稱為「推離策略(Push)」,病毒不僅誘導昆蟲上鉤,還會在適當時機讓牠們「變心」,以便將病毒傳播到新的宿主上。


這項發現不僅讓我們更深入了解病毒如何操控昆蟲,還可能帶來新的農業應用。如:


1. 開發煙草粉虱誘捕裝置

   研究已經證實,在田間放置含有 β-松油烯的誘捕板,能夠顯著增加煙草粉虱的捕獲數量。這可以作為一種環保的害蟲防治策略,減少農藥使用。


2. 基因編輯技術干擾病毒的操控機制

   如果能夠修改煙草粉虱的 BtMEDOR6 基因,使其無法被病毒影響,或許能讓病毒的傳播效率降低。


3. 透過改變植物揮發物來減少煙草粉虱的吸引力

    例如,透過基因改造,讓農作物的 β-松油烯的釋放減少,讓煙草粉虱不再對感染植物感興趣。


這項研究讓我們看到,植物病毒不只是被動等待昆蟲傳播,而是積極「操控」昆蟲的行為,以確保自己的生存與擴散。這種策略不只是巧合,而是病毒經過千萬年的演化,所精心設計出的「雙重操控戰術」,讓它的傳播能夠最大化。


這種「先誘惑、再感染、最後推離」的雙重操控策略,不僅展現了病毒的精巧演化,也為未來的農業防治提供了全新的視角。


當我們理解病毒的「心機計謀」,或許就能反過來利用這些機制,讓病毒與害蟲成為對抗農業病害的工具!


參考文獻:


Liang, P., Zeng, Y., Ning, J., Wu, X., Wang, W., Ren, J., Wu, Q., Yang, X., Wang, S., Guo, Z., Su, Q., Zhou, X., Turlings, T. C. J., Xie, W., & Zhang, Y. (2025). A plant virus manipulates both its host plant and the insect that facilitates its transmission. Science Advances, 11(8), eadr4563. https://doi.org/10.1126/sciadv.adr4563


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