【生物百科】國際超級害蟲「蟲」死誰手？

撰文｜葉綠舒

科羅拉多金花蟲（如左圖），看起來還頗為美麗，卻有著「國際超級害蟲」的稱號；原來這種甲蟲雖然源自科羅拉多，由於在許多地區都沒有牠的天敵，使得牠在第一次與第二次世界大戰後，幾乎已經蔓延到全歐（英國除外）。

科羅拉多金花蟲的雌蟲一次大約可產800個卵，不論是幼蟲或是成蟲，都以茄科(solanaceous)植物為食。不只是馬鈴薯的葉片、蕃茄、茄子牠們都很愛，可以把葉子啃到只剩葉柄！糟糕的事是，從二十世紀中葉以後，科羅拉多金花蟲已經對大部分的殺蟲劑發展出抗藥性，也就是說，一旦牠拜訪您家的田園，就要有大損失的心理建設了。臺灣目前似乎尚無牠的「蟲」蹤現跡，希望可以繼續維持下去。

由於天敵甚少加上發展出抗藥性，各地的研究團隊無不想方設法，希望能發展出更好的滅蟲良方；最近，德國普朗克研究所(Max Planck Institute)的研究團隊，發展出了以干擾RNA(siRNA)做為殺蟲劑的方法，希望可以發展出專門對付一種害蟲的殺蟲劑。

siRNA的技術並不是什麼新花樣；簡單來說，就是要讓一段雙股的RNA在目標物種體內出現。由於高等生物細胞內通常不會出現雙股RNA，除非受到RNA病毒感染！因此，一旦雙股RNA出現以後，很快便會被辨認出來，並以Dicer蛋白質複合體修整後，選取大約21個核苷酸長短的片段，做為細胞的「病毒手冊」。下次有任何RNA出現在細胞裡，Dicer便會拿出這本「病毒手冊」加以辨認，只要序列相同，便會立刻被分解掉，那段RNA所代表的基因，也就無從表現起了。

而人類利用這個機制，將我們想要研究的基因，以siRNA的技術使它不表現，觀察該生物有什麼性狀，也早已不是新鮮事了。但是，要把這個技術用在殺蟲上，普朗克研究所的團隊，還真是傷了一番腦筋。

原來，要讓雙股RNA進入蟲的體內，最簡便的方法當然是讓蟲把雙股RNA自己吃下去；所以，如果能夠讓馬鈴薯表現這段雙股RNA，那麼蟲兒們用餐時便一併把毒藥給吃下肚去，豈不美哉？

但是這件事說來容易作來難。首先，雙股RNA通過蟲兒的中腸(midgut)時，如果全體馬上就嗚呼哀哉了，那就什麼都不用想了；還好雙股RNA的確可以經由中腸吸收，並不會全部陣亡。接著，要讓植物可以表達雙股RNA；過去在玉米的實驗中完全沒有問題，但是到了馬鈴薯卻踢到了鐵板。雖然表現雙股RNA的轉殖基因的確進入了馬鈴薯，但是馬鈴薯細胞內的Dicer卻馬上認出了它，並將它的表現給關掉了。

怎麼辦呢？研究團隊想到，如果能在葉綠體裡面表現這段雙股RNA，應該就不會有問題。為什麼呢？因為葉綠體源自於藍綠菌(cyanobacteria)這種原核生物，而原核生物不具有辨識雙股RNA的機制。

因此，研究團隊便將可以同時或個別表現兩個基因的雙股RNA的轉殖基因，轉入馬鈴薯的葉綠體中；這兩個基因都是所謂的必需基因(essential gene)，如果它們不表現，蟲兒便會死掉。其中一個是細胞骨架(cytoskeleton)的β-肌動蛋白(β-actin)，另一個則是與液泡輸送相關的Shrub基因(另名Vps32或Snf7)。最後，研究團隊發現，單獨干擾β-肌動蛋白的植物，殺蟲的效果非常好，在第五天，一齡幼蟲就全部都死光了；而干擾Shrub基因、或是同時干擾β-肌動蛋白與Shrub基因的植物，殺蟲的效果反而不理想，同時干擾兩個基因的植物，殺蟲的效果比干擾Shrub基因的更差；感覺上，干擾RNA用在殺蟲上，似乎並不是多多益善呢！

雖然這個發現，似乎提供了未來發展殺蟲劑的另一條路；但是以科羅拉多金花蟲這樣善於演化出抗藥性的蟲兒來說，究竟這個方法，會不會讓科羅拉多金花蟲再次獲取另一種新能力呢？這種能力，是否會使牠們改變β-肌動蛋白的序列呢？只能說，生物的世界，永遠都會讓我們驚奇，所以「就讓我們看下去」～

參考文獻： Jiang Zhang, Sher Afzal Khan, Claudia Hasse, Stephanie Ruf, David G. Heckel, Ralph Bock. 2015. Full crop protection from aninsect pest by expression of longdouble-stranded RNAs in plastids. Science. 347: 991-994.

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作者：葉綠舒　慈濟大學生命科學系助理教授，科教中心特約寫手，從事科普文章寫作。