1

6
0

文字

分享

1
6
0

真菌與線蟲的傳說對決,非模式物種開拓者——薛雁冰

研之有物│中央研究院_96
・2020/12/16 ・3452字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 549 ・八年級
  • 執行編輯|林婷嫻、黃曉君;美術編輯|張語辰、林洵安

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。

獵食者和獵物的對決,是生態系中非常普遍的重要現象。中研院分子生物研究所助研究員薛雁冰,與團隊觀察真菌如何獵捕線蟲,從野外採集、實驗室驗證、建立更好的模式菌株,到自行研發分析軟體,原創性的研究成果頻頻登上美國國家科學院院刊 (PNAS) 等國際期刊,跟著研之有物一起來了解。

中研院分子生物研究所的薛雁冰助研究員,手上拿著線蟲娃娃,身旁一盒盒培養皿住著線蟲捕捉菌(一種真菌)。攝影/張語辰

上篇〈看真菌如何獵殺線蟲,開啟寄生蟲治療藥物新曙光!〉文章介紹,薛雁冰團隊發現微觀世界的狩獵現場:線蟲捕捉菌設陷阱、杏鮑菇下毒捕食線蟲,這些殺蟲機制將對生物防治帶來全新的可能。但更寶貴的是,在薛雁冰開始研究這個課題時,科學家對於食蟲真菌和線蟲互動的這些分子機制,所知甚少,她可說是開路先鋒。

「科學家估計地球上的真菌約有五百萬種,但目前研究者真正了解的,只有酵母菌、麵包黴及一些病原菌等十多種真菌。但自然界還有一些非常有趣的真菌,幾乎沒有分子層次的研究。」薛雁冰感性地回憶:「非常感謝我在加州理工學院博士後研究的指導教授 Paul Sternberg 願意支持我的想法,讓我在他的實驗室中嘗試開啟一個新領域,利用模式線蟲 C. elegans 來探討食蟲真菌跟線蟲之間的獵食者-獵物的交互作用,分子機制和共同演化。」回到台灣,在中研院建立自己的實驗室之後,薛雁冰繼續帶領著團隊,拓展食蟲真菌的研究,一步步拼湊出食蟲真菌獵殺線蟲的分子機制。

但要當個開路先鋒可不容易,從找到有價值的原創性主題、建立更好的模式生物,甚至打造分析工具,每往前一步皆須面臨更大的未知。但也因原創性的貢獻,研究成果頻頻登上如《美國國家科學院院刊》 (PNAS) 等國際期刊。一起走進薛雁冰團隊的研究現場!

野外採集,驗證實驗非空想

薛雁冰團隊發現線蟲捕捉菌 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。

BUT!在大自然中,線蟲和線蟲捕捉菌真的會碰在一起,並如在實驗室般「打得火熱」嗎?於是薛雁冰團隊穿梭在臺灣山野間進行採集,結果發現,臺灣三分之二的土壤均有線蟲捕捉菌,而線蟲又是數量最多的動物,兩者果真常常「同在一起」。

為了研究線蟲和線蟲捕捉菌在自然界的互動關係,薛雁冰團隊必須到臺灣山野間採集,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。資料來源/薛雁冰;圖片重製/林洵安
資料來源/薛雁冰;圖片重製/林洵安

他們也從泥土中分離出各種線蟲和真菌,整理在大自然中哪些線蟲和哪些線蟲捕捉菌生長在一起,在實驗室測試牠們的互動,比方說:某種線蟲捕捉菌是不是什麼線蟲都吃?還是只吃幾種線蟲?結果發現,線蟲捕捉菌「不挑吃」,什麼線蟲都吃,狩獵關係果真「普遍存在」所有的線蟲與線蟲捕捉菌之間。

發現超強菌種,建立研究好素材

研究過程中,薛雁冰也發現從菌種中心獲得的線蟲捕捉菌標準菌株「有點弱弱的」,不利於研究。怎麼辦?自己建立新模型!他們從野外採集的線蟲捕捉菌中,找到一些狩獵能力較強菌株。這些菌株可以產生很多捕捉構造,而且長出捕捉構造的速度比較快,因此殺死線蟲的速度也快!這些超強菌株可以成為絕佳的模式菌株,讓科學家們更容易研究線蟲捕捉菌如何長出捕捉構造,捕捉獵物需要哪些基因。

薛雁冰也以基因體定序加上基因體剔除法,破解超強菌株的狩獵力秘密:G 蛋白!在線蟲捕捉菌身上,G 蛋白負責對細胞傳遞外界的訊號,薛雁冰發現:這個蛋白會去傳遞外界有線蟲出沒的訊號,促使細胞長出捕捉構造。如果沒有這個蛋白,線蟲捕捉菌就無法發育出捕捉構造,只能讓「到嘴的肥蟲」逃走囉~

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,自行發展出可以「定量」描述真菌生長的工具,如下圖所示:

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。

咳咳,說白話,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。

「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,如何影響著它們各自基因及性狀的改變,以提升各自存活下來的機會。」這項研究工具將可望加速真菌相關研究的進展!

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改變(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。

「這些快速發展的技術和工具,提供我們一個很好的時代,再次利用『遺傳學的強大力量』(the awesome power of genetics) 來研究生物學上重要的問題,」薛雁冰說:「這些工具讓我有勇氣去探索『非模式物種』(non-model organisms) 的奧秘,開拓新領域來建立起我們的原創性研究課題。」

延伸閱讀

本文轉載自中央研究院研之有物,原文為《開拓新領域的勇氣!破解真菌與線蟲傳說對決的薛雁冰》,泛科學為宣傳推廣執行單位


數感宇宙探索課程,現正募資中!

文章難易度
所有討論 1
研之有物│中央研究院_96
232 篇文章 ・ 1696 位粉絲
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。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook


1

2
1

文字

分享

1
2
1

今年夏天絕不能錯過——「搞笑諾貝爾獎世界展」首度登台!

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/05/17 ・1966字 ・閱讀時間約 4 分鐘

你一定知道諾貝爾獎,但你知道世界上竟然還有搞笑諾貝爾獎(Ig Nobel Prize)嗎?搞笑諾貝爾獎是對諾貝爾獎的有趣模仿,甚至還會邀請真正的諾貝爾獎得主來參加!

搞笑諾貝爾獎由美國的科學雜誌《不可思議研究年報》的主編馬克·亞伯拉罕斯發起,每一屆都號稱「第一屆」,每次都會頒發十座獎盃給各領域中「無法被複製」或「荒唐到不應該再來一次」的研究者,頒獎要旨是希望讓大家能夠"先大笑,再思考"。臺灣也有多位學者共襄盛舉,並曾六度獲獎,臺灣立法院更曾拿下和平獎,其中原因竟然是因為他們以打架替代戰爭!典禮現場更是充滿歡笑,讓人佩服科學家怎麼一本搞笑做研究!

搞笑諾貝爾獎頒獎現場超搞怪!

  • 量身打造獎盃,每年都以當年獲獎的研究為靈感,製作不同主題的獎盃!
  • 不值錢獎金,得獎者會獲得比壁紙還不值錢的高額辛巴威幣作為獎金。
  • 甜便便小姐,得獎者只有 60 秒的時間能發表感言,只要一超時,年幼的「甜便便小姐」就會大叫:「請停下來吧!煩死人了!」直到得獎者下台。
  • 全場亂飛的紙飛機,頒獎典禮中會安排一名背著一個紅色靶心的人,讓台下觀眾將手中紙飛機射向台上的靶心。
2009 年的得獎者們。

今年夏天搞笑諾貝爾獎世界展將首次登台!廢到笑的研究與發人省思的成果,一次集結歷屆讓人目瞪口呆的得獎研究及五大互動體驗,讓你一本正經的捧腹大笑!展區內充滿更多腦洞無極限的幽默科學得獎,一定要揪朋友一起來漲知識。

5/2-5/26 早鳥 $260 限時搶購,購票請洽:https://kham.tw/t14cjEav

ㄎㄧㄤ到爆獎項搶先看

搞笑諾貝爾獎世界展將集結眾多搞笑諾貝爾獎的獲獎研究,其中有許多讓人會心一笑的內容,像是鴿子也懂藝術?日本學者就曾做過實驗,證明鴿子可以分得出畢卡索和莫內的畫;在野外遇到熊怎麼辦?只要穿上防熊裝就不用怕;指甲刮黑板的聲音經研究證實為世界上最讓人痛苦的聲音!

曾有科學家發明出可迅速變身防毒口罩的胸罩,並成功獲得搞笑諾貝爾獎的公共衛生獎,其發明聽起來很荒謬,但背後原因是胸罩是會隨身穿戴的物品,能夠在緊急時刻變成防毒口罩保護他人,符合了搞笑諾貝爾獎頒獎要旨「先大笑,再思考」,另外還曾有一年的「獸醫學獎」頒給發現幫乳牛取名字,就能夠增加產乳量的專家學者!以及最經典的貓貓是液體嗎?也都存在於搞笑諾貝爾獎的得獎研究裡!

  1. 鴿子也懂藝術?|連鴿子都分得出畢卡索和莫內的畫!
  2. 野外遇到熊了怎麼辦?|穿上防熊裝,再也不怕!
  3. 動物也吃重口味!?|綠頭鴨也有戀屍癖!?
  4. 用「屁」交流!|看看鲱魚怎麼用放「屁」溝通!
  5. 逃跑鬧鐘|還想賴床按鬧鐘嗎?鬧鐘本人跑起來給你追!
  6. 最討厭的聲音!|指甲刮黑板太邪惡了!
  7. 如何增加乳牛的產乳量?|不妨給牠取個名字吧!
  8. 胸罩變口罩|在突發的緊急狀況時胸罩變防護口罩!?  
  9. 恐龍走路長甚麼樣子?|在雞的屁股裝上一根棒子就知道!
  10. 貓是液體嗎?|喵星人的貓體力學大解密!

五大互動體驗,只有實驗了才知道

展區現場將規劃五種關於搞笑諾貝爾獎得獎研究的實際互動體驗,讓你能夠化身為小小研究學者,一起來實際試試看、探討世界上經典的搞笑研究!

  1. 吐司永遠是塗奶油的那面先落地嗎?
  2. 挑戰「說話干擾器」!你能夠堅持把話說完嗎?
  3. 極高速烤肉!液態氧+木炭可以燃起多大的火花?
  4. 活性碳內褲過濾屁味?沒有比較沒有傷害
  5. 旋轉吧!高速助產裝置,離心力有助生產?

2022年最寓教於「笑」的展覽,更多大開眼界的搞怪研究,就在國立臺灣科學教育館等你來刷新三觀! 5/2-5/26早鳥$260限時搶購,購票請洽:https://kham.tw/t14cjEav

 圖/歷屆得獎者授獎畫面
圖/日本展出現場照

展覽資訊

  • 展覽名稱:搞笑諾貝爾獎世界展
  • 展覽日期:2022 年 6 月 25 日(六)至 2022 年 9 月 11 日(日)
  • 展覽地點:國立臺灣科學教育館 七樓南側特展區(臺北市士林區士商路 189 號)
  • 展覽時間:平日9:00-17:00/週末、國定假日、暑假 9:00-18:00
    (閉展前 30 分鐘停止售票及入場)
  • 休展日:6/27(一)、9/5(一)
  • 主辦單位:寬宏藝術經紀股份有限公司、三貝多股份有限公司
  • 企劃單位:株式会社ドリームスタジオ(Dream Studio Company)
  • 授權單位:IMPROBABLE RESEARCH, INC.

購票請洽:https://kham.tw/t14cjEav


數感宇宙探索課程,現正募資中!

所有討論 1
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
9 篇文章 ・ 7 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia