小心你的葫芦。一种通过甲虫粪便传播的致命细菌正在威胁美国鲜艳的花朵和球状蔬菜。当叶子开始发黄和出现枯萎迹象时，已经为时已晚。那时，受感染的南瓜、甜瓜、黄瓜或西葫芦植物只能被隔离，以期将损害降到最低。作物产量损失可能高达80%。
这种杀手，一种名为Erwinia tracheiphila的细菌，大约在120年前首次出现在科学文献中，当时在密歇根州的黄瓜、甜瓜和冬南瓜田中被报道。但现在，这些植物种植面积的增加，以及在更多的田地里播种一种或几种作物（而不是多种作物）的做法，似乎帮助了这种微生物获得发展。目前，每年都有数千万美元的损失归咎于它。“老实说，除非植物完全浸泡在杀虫剂中，否则我在东北部和大西洋中部去的每个田地都有它，”北卡罗来纳州立大学和哈佛大学研究相关细菌的进化生态学家洛里·夏皮罗说。这些毒性极强的微生物也袭击了肯塔基州和爱荷华州的葫芦和甜瓜。农业专家仍然担心这种细菌可能会蔓延到美国东南部或西南部以及墨西哥等新地区，并怀疑它是否已经蔓延到那里。
这种危害正在重新燃起人们对研究这种杀手细菌的兴趣。夏皮罗和同事们最近的发现为这些微生物如何劫持宿主并操纵昆虫行为以帮助E. tracheiphila增殖提供了新的见解。有了这些信息，农民和研究人员希望他们能够开发出一些新的武器来对抗这种隐蔽的祸害。
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虫子的生活
从许多方面来看，这种微生物的兴起是一项精妙的进化壮举。这些有害的害虫搭便车到达葫芦和其他宿主（如哈密瓜和蜜瓜），这得益于甲虫的排泄物。当甲虫啃食叶子然后在那里排出粪便时，细菌就会从粪便跳到植物上。它们通过被它们啃食的宿主产生的新的、咬伤引起的伤口进入受害者体内。然后，它们躲藏在植物的叶脉内，繁殖并形成一种粘稠的物质，阻止水分通过其维管系统。这种阻塞会使葫芦脱水并杀死它——就像人类静脉阻塞可能导致心力衰竭或冠心病一样，夏皮罗解释说。“如果我们的动脉被斑块堵塞，血液无法通过，您可能会死亡。同样，这里的木质部（叶脉）被堵塞，导致植物塌陷并死亡——尽管时间尺度略有不同。在这两种情况下，维管系统都无法再工作。”
这种阻塞使植物无法解渴。爱荷华州立大学的植物病理学家马克·格里森说，无论农民提供多少水，一旦细菌站稳脚跟，就永远不够。“这几乎是死刑判决。没有水可以流动。有时它们在晚上会恢复并看起来好一些，但这只是一个中间阶段，”他说。受害者将在大约两周内死亡，具体取决于温度。
感染Erwinia tracheiphila会阻塞西葫芦植物的叶脉，并阻止汁液流动。图中所示的白色粘液纯粹是细菌，而不是汁液或植物产生的任何物质。图片来源：斯科特·奇米莱斯基
目前，阻止这些微生物攻击者的选择很少：细菌不会在植物表面存活，因此无法在那里进行靶向攻击。唯一的持续防御是攻击甲虫载体——预先向植物施用新烟碱类杀虫剂，以防止甲虫进食并沉积细菌。问题在于，这些杀虫剂也被证明会伤害蜜蜂，否则蜜蜂会帮助这些植物授粉，宾夕法尼亚州立大学的进化生态学家安德鲁·斯蒂芬森说。以尽量减少对蜜蜂伤害的方式使用杀虫剂仍然具有挑战性，斯蒂芬森指出。此外，定期使用此类化学品可能很昂贵，而且显然对于有机农民来说不是一个选择。（许多有机农民使用行覆盖物将甲虫与植物物理隔离，但这是一个昂贵且繁琐的解决方案。）格里森同意，使用杀虫剂，“我会说我们正在用大锤打苍蝇，我们需要一些更精准有效的东西”。
蜜蜂危害也是美国环境保护署目前正在进行的关于限制在植物开花期间使用杀虫剂以避免无意中杀死授粉者的辩论的核心。这个问题引发了风险评估以及一些有限的新政策，但环保组织希望获得更多控制。“看起来[此类]法规不太可能在未来几年内颁布，但如果真的颁布了，那可能意味着化学杀虫剂将无法控制载体种群，”生态学家夏皮罗说。
基因足迹
在寻找解决方案的过程中，夏皮罗和同事们近年来将目光转向了E. tracheiphila的基因组以及细菌影响甲虫行为的方式。研究人员已经发现了一些令人惊讶的见解。在2012年9月，夏皮罗和宾夕法尼亚州立大学的研究人员发现，甲虫实际上更喜欢以已经被细菌感染的植物为食。他们发现，受感染的植物会释放出挥发性化合物，这些化合物显然对虫子来说闻起来很美味，吸引它们来进食，并迫使植物成为其自身灭亡的参与者。
这种微生物也有其他伎俩。为了帮助确保甲虫停留、进食和排出粪便，该细菌还会降解其宿主的自然防御能力，使该植物对更多的甲虫更具吸引力。受感染的葫芦和甜瓜显然会产生较少的粘性汁液，否则会导致甲虫的嘴感觉太粘而无法继续进食。科学家们不确定为什么受感染的植物中的粘性物质较少，但一个主要的假设是，水流量的减少会减少这种糖浆状物质的供应。
除了分解甲虫的行为外，夏皮罗和同事们还在搜索E. tracheiphila基因组，寻找帮助这种微生物成为更强大杀手的毒力基因。她的团队去年发表的研究结果表明，该细菌只是在最近才开始持续捕食这些作物。他们在《基因组生物学与进化》中指出，该病原体基因组的20%以上是由不起作用的基因组成的——不似乎在进行重要工作的假基因。这表明，微生物对这些植物的关注在进化尺度上一定是最近的事情，因为随着负压随着时间的推移将它们排出，这些不起作用的基因很可能已经被消除。该团队假设，从不同的生态位跳跃到这些作物，以及随后的基因组变化，可能受到美国各地大规模单一种植做法的影响。他们认为，再加上甲虫很容易从一株植物飞到另一株植物，可能已经点燃了这种威胁的导火索。
但是，我们能做些什么呢？格里森说，一种方法可能是尝试识别抗性基因。研究人员不知道为什么这种枯萎病显然没有传播到（或至少没有在）德克萨斯州或加利福尼亚州被发现，即使这些州有可用的作物和可能的虫子载体。这些因素表明，可能存在一些遗传抗性或其他关于潜在甲虫载体的因素可以进行探索。
然而，目前，夏皮罗和同事们已经向公民科学家和农民发出呼吁，要求他们发送生病的葫芦和甜瓜植物（那些在浇水后没有恢复的植物）。他们希望，更广泛的E. tracheiphila样本将使他们能够更好地了解这种细菌的全部范围，并启动进一步的基因组研究。也许到那时，我们可以更好地为南瓜和其他植物做好未来攻击的准备。