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線蟲與真菌「傳說對決」直播解說主:薛雁冰團隊專訪

  • 執行編輯|林婷嫻  美術編輯|張語辰

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

本篇的「傳說對決」,並非電競手遊,而是生態系中更殘酷的:獵食者和獵物的對決。中研院分子生物研究所的助研究員薛雁冰,與團隊觀察「線蟲」與「線蟲捕捉菌」(真菌)如何互動,期望未來有助於發展寄生性線蟲的生物防治。

上篇〈比傳說對決更精彩!線蟲與真菌的生死之戰〉文章介紹,薛雁冰發現真菌 A.oligospora 會透過五個步驟捕食 C.elegans 線蟲:吸引獵物 → 發現獵物 → 設下陷阱 → 抓住獵物 → 飽餐一頓。

顯微鏡底下的對決實況:真菌 A.oligospora (獵食者)長出黏黏的陷阱,黏住 C.elegans 線蟲(獵物),使得線蟲無法掙脫而變成食物。 截圖取自│薛雁冰實驗室影片 圖說設計│林婷嫻、張語辰

然而,真菌跟人一樣,生於憂患,死於安樂。在實驗過程中,薛雁冰發覺從菌種中心買來的,也就是人工培養的線蟲捕捉菌「有點弱弱的」。相較之下,在大自然生長、需要競爭生存的菌株,偵測線蟲的能力更為敏感,也能長出更多黏著線蟲的菌絲陷阱,更貼近獵食者的本能。

為了獲得較佳的實驗樣本,團隊有時會到臺灣山野間採集,從泥土中分離出各式各樣的線蟲和真菌,並整理在大自然中哪些線蟲會和哪些線蟲捕捉菌生長在一起,列出獵物和獵食者的角色關係圖。

實驗室的採集樣本旅行,位於大雪山森林遊樂區。白天採集樣本,晚上一邊整理樣本,一邊吃泡麵、喝熱茶聊天。 圖片來源│薛雁冰實驗室網站

實驗室成員正在整理大雪山森林遊樂區的土壤樣本。最後從中分離出 11 種線蟲、 2 種線蟲捕捉菌(真菌)。 圖片來源│薛雁冰實驗室網站

戰鬥防禦力分析工具

線蟲和真菌的實驗樣本要耐心尋找,分析它們戰鬥防禦力的工具也要費心開發。如果你曾經把麵包放到發霉,有天驀然回首,你會發現麵包長出一塊一塊的黴菌菌絲,很難精準描述其生長速度、生長範圍、菌絲長度。實驗室裡的線蟲捕捉菌(真菌)也是類似的情況。

在薛雁冰實驗室中,博士後研究員 Guillermo Vidal-Diez 透過電腦影像視覺分析的技術,發展出可以「定量」描述真菌生長的工具,如下圖所示:

薛雁冰團隊發展的電腦視覺技術,可以明確地計算真菌隨著時間生長的菌絲長度、菌株面積。 資料來源│Vidal-Diez de Ulzurrun G and Hsueh YP, unpublished.

這個電腦視覺技術可用來比較野生型的真菌、和突變型的真菌,兩者菌株生長情況有何不同。進一步搭配基因體定序技術,有助於找出菌株表現型 (phenotype) 的差異,和其基因型 (genotype) 之間的關聯性。

舉一個白話文的例子,例如:當我們發現某株真菌怪怪的,菌絲分岔特別多,那麼我們可以比較怪怪的真菌和正常的真菌,兩者基因哪裡不同,就能找出是哪個基因專門在控制菌絲生長的分岔程度。

薛雁冰說明:「我們除了觀察線蟲和線蟲捕捉菌,在顯微鏡底下如何展開獵物和獵食者的對決,也好奇它們之間的交互作用,如何影響著他們各自基因及性狀的改變,以提升各自存活下來的機會。」

實驗室裡的觀察者聯盟

在實驗室裡,每位成員都有自己的研究課題。有些人研究真菌、有些人研究線蟲,這些課題看似獨立,彼此之間又有高度的相關性。

薛雁冰實驗室的網頁中,除了將 C.elegans 線蟲和 A.oligospora 真菌列為有感情的團隊成員,也包含一些從暑期生轉為研究生的生力軍。

這些暑期生,來自於中研院分子生物研究所大專生暑期培育計畫。每年這個計畫會招收對研究有興趣的大學生,依志願分發到各實驗室,並於暑假結束時以海報展示這期間的研究成果,發表口頭報告。透過實地參與,了解做研究是怎麼一回事,包含從怎麼問問題、回答問題,到最後怎麼呈現得到的知識。

薛雁冰實驗室的團隊成員。 攝影│張語辰

團隊中,張瀚文、張晴雯和林宏澤原先都是暑期大專生,在參與一個暑假的研究之後,對實驗室和研究課題(也就是可愛的線蟲和線蟲捕捉菌)產生了感情,選擇在大學畢業後回到分生所做研究,同時攻讀博士班和碩士班。

這些線蟲蠻好玩的,因為它們會動。

說著這句話的張瀚文,正就讀中研院 TIGP 分子與細胞生物學 (MCB) 博士學程,他說:「我之前是做單一細胞的實驗,感覺比較不像在接觸真正的生物,不像線蟲是完整的個體。」

幾乎要以實驗室為家的林宏澤說,因為每天都有很多東西可以做,所以每天都待很晚,薛雁冰老師都會叮嚀他不要太晚回家。張晴雯補充:「如果我做實驗一直失敗,突然成功了,我會很想跟薛老師分享!因為老師對科學非常有熱情,也會很親切地和我們討論。」

薛雁冰坦言,科學十分迷人,但做研究不是一條輕鬆的路,需要很多熱情、恆心和毅力,才能在研究的路上持續邁進,不是每個人都適合。幸運的是:「中研院分生所提供了一個超級棒的研究環境,在這邊,你會遇見一群熱愛科學的老師和朋友。」

互相討論、互相合作,會讓做研究變得更有趣!

除了團隊合作,隨著科學技術的快速發展,現在做研究比以前快上許多。例如,以前要花上數年才能找出突變線蟲的基因變異所在,現在只要一兩個月,就能藉由遺傳學的分析、加上全基因體定序,快速找出是哪些基因發生變異,造成這個突變線蟲的性狀(例如外型、神經系統的發育,或是行為)發生改變,因此能躲過線蟲捕捉菌的吸引和陷阱,逃過被捕食的命運。

眼見這些發展,薛雁冰興奮地說:「這些快速發展的技術和工具,提供我們一個很好的時機,再次利用『遺傳學的強大力量』(the awesome power of genetics) 來探索生命科學的重要問題。」而當我們對於線蟲和線蟲捕捉菌之間的互動機制更了解,未來就更有機會基於這些知識發展生物防治,來對抗那些讓人們或農作物生病的寄生性線蟲。

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關於作者

研之有物│中央研究院

研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。
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