小心你的葫蘆。一種透過甲蟲糞便傳播的致命細菌正在威脅美國鮮豔的花朵和球狀蔬菜。當葉子開始發黃和出現枯萎跡象時，已經為時已晚。那時，受感染的南瓜、甜瓜、黃瓜或西葫蘆植物只能被隔離，以期將損害降到最低。作物產量損失可能高達80%。
這種殺手，一種名為Erwinia tracheiphila的細菌，大約在120年前首次出現在科學文獻中，當時在密歇根州的黃瓜、甜瓜和冬南瓜田中被報道。但現在，這些植物種植面積的增加，以及在更多的田地裡播種一種或幾種作物（而不是多種作物）的做法，似乎幫助了這種微生物獲得發展。目前，每年都有數千萬美元的損失歸咎於它。“老實說，除非植物完全浸泡在殺蟲劑中，否則我在東北部和大西洋中部去的每個田地都有它，”北卡羅來納州立大學和哈佛大學研究相關細菌的進化生態學家洛裡·夏皮羅說。這些毒性極強的微生物也襲擊了肯塔基州和愛荷華州的葫蘆和甜瓜。農業專家仍然擔心這種細菌可能會蔓延到美國東南部或西南部以及墨西哥等新地區，並懷疑它是否已經蔓延到那裡。
這種危害正在重新燃起人們對研究這種殺手細菌的興趣。夏皮羅和同事們最近的發現為這些微生物如何劫持宿主並操縱昆蟲行為以幫助E. tracheiphila增殖提供了新的見解。有了這些資訊，農民和研究人員希望他們能夠開發出一些新的武器來對抗這種隱蔽的禍害。
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蟲子的生活
從許多方面來看，這種微生物的興起是一項精妙的進化壯舉。這些有害的害蟲搭便車到達葫蘆和其他宿主（如哈密瓜和蜜瓜），這得益於甲蟲的排洩物。當甲蟲啃食葉子然後在那裡排出糞便時，細菌就會從糞便跳到植物上。它們透過被它們啃食的宿主產生的新的、咬傷引起的傷口進入受害者體內。然後，它們躲藏在植物的葉脈內，繁殖並形成一種粘稠的物質，阻止水分透過其維管系統。這種阻塞會使葫蘆脫水並殺死它——就像人類靜脈阻塞可能導致心力衰竭或冠心病一樣，夏皮羅解釋說。“如果我們的動脈被斑塊堵塞，血液無法透過，您可能會死亡。同樣，這裡的木質部（葉脈）被堵塞，導致植物塌陷並死亡——儘管時間尺度略有不同。在這兩種情況下，維管系統都無法再工作。”
這種阻塞使植物無法解渴。愛荷華州立大學的植物病理學家馬克·格里森說，無論農民提供多少水，一旦細菌站穩腳跟，就永遠不夠。“這幾乎是死刑判決。沒有水可以流動。有時它們在晚上會恢復並看起來好一些，但這只是一箇中間階段，”他說。受害者將在大約兩週內死亡，具體取決於溫度。
感染Erwinia tracheiphila會阻塞西葫蘆植物的葉脈，並阻止汁液流動。圖中所示的白色粘液純粹是細菌，而不是汁液或植物產生的任何物質。圖片來源：斯科特·奇米萊斯基
目前，阻止這些微生物攻擊者的選擇很少：細菌不會在植物表面存活，因此無法在那裡進行靶向攻擊。唯一的持續防禦是攻擊甲蟲載體——預先向植物施用新菸鹼類殺蟲劑，以防止甲蟲進食並沉積細菌。問題在於，這些殺蟲劑也被證明會傷害蜜蜂，否則蜜蜂會幫助這些植物授粉，賓夕法尼亞州立大學的進化生態學家安德魯·斯蒂芬森說。以儘量減少對蜜蜂傷害的方式使用殺蟲劑仍然具有挑戰性，斯蒂芬森指出。此外，定期使用此類化學品可能很昂貴，而且顯然對於有機農民來說不是一個選擇。（許多有機農民使用行覆蓋物將甲蟲與植物物理隔離，但這是一個昂貴且繁瑣的解決方案。）格里森同意，使用殺蟲劑，“我會說我們正在用大錘打蒼蠅，我們需要一些更精準有效的東西”。
蜜蜂危害也是美國環境保護署目前正在進行的關於限制在植物開花期間使用殺蟲劑以避免無意中殺死授粉者的辯論的核心。這個問題引發了風險評估以及一些有限的新政策，但環保組織希望獲得更多控制。“看起來[此類]法規不太可能在未來幾年內頒佈，但如果真的頒佈了，那可能意味著化學殺蟲劑將無法控制載體種群，”生態學家夏皮羅說。
基因足跡
在尋找解決方案的過程中，夏皮羅和同事們近年來將目光轉向了E. tracheiphila的基因組以及細菌影響甲蟲行為的方式。研究人員已經發現了一些令人驚訝的見解。在2012年9月，夏皮羅和賓夕法尼亞州立大學的研究人員發現，甲蟲實際上更喜歡以已經被細菌感染的植物為食。他們發現，受感染的植物會釋放出揮發性化合物，這些化合物顯然對蟲子來說聞起來很美味，吸引它們來進食，並迫使植物成為其自身滅亡的參與者。
這種微生物也有其他伎倆。為了幫助確保甲蟲停留、進食和排出糞便，該細菌還會降解其宿主的自然防禦能力，使該植物對更多的甲蟲更具吸引力。受感染的葫蘆和甜瓜顯然會產生較少的粘性汁液，否則會導致甲蟲的嘴感覺太粘而無法繼續進食。科學家們不確定為什麼受感染的植物中的粘性物質較少，但一個主要的假設是，水流量的減少會減少這種糖漿狀物質的供應。
除了分解甲蟲的行為外，夏皮羅和同事們還在搜尋E. tracheiphila基因組，尋找幫助這種微生物成為更強大殺手的毒力基因。她的團隊去年發表的研究結果表明，該細菌只是在最近才開始持續捕食這些作物。他們在《基因組生物學與進化》中指出，該病原體基因組的20%以上是由不起作用的基因組成的——不似乎在進行重要工作的假基因。這表明，微生物對這些植物的關注在進化尺度上一定是最近的事情，因為隨著負壓隨著時間的推移將它們排出，這些不起作用的基因很可能已經被消除。該團隊假設，從不同的生態位跳躍到這些作物，以及隨後的基因組變化，可能受到美國各地大規模單一種植做法的影響。他們認為，再加上甲蟲很容易從一株植物飛到另一株植物，可能已經點燃了這種威脅的導火索。
但是，我們能做些什麼呢？格里森說，一種方法可能是嘗試識別抗性基因。研究人員不知道為什麼這種枯萎病顯然沒有傳播到（或至少沒有在）德克薩斯州或加利福尼亞州被發現，即使這些州有可用的作物和可能的蟲子載體。這些因素表明，可能存在一些遺傳抗性或其他關於潛在甲蟲載體的因素可以進行探索。
然而，目前，夏皮羅和同事們已經向公民科學家和農民發出呼籲，要求他們傳送生病的葫蘆和甜瓜植物（那些在澆水後沒有恢復的植物）。他們希望，更廣泛的E. tracheiphila樣本將使他們能夠更好地瞭解這種細菌的全部範圍，並啟動進一步的基因組研究。也許到那時，我們可以更好地為南瓜和其他植物做好未來攻擊的準備。