在eLife上发表的一项新研究中，主要作者、哈佛大学生物与进化生物学系博士后研究员CarolynElya揭示了寄生真菌Entomophthoramuscae(E.muscae)操纵行为的能力背后的分子和细胞基础果蝇。

Elya在2018年发表于eLife的一项研究中首次描述了这种被操纵的行为，称为“登顶”。Elya在加州大学(UC)伯克利分校攻读研究生时正在研究果蝇携带的微生物，他着手腐烂的水果捕捉野果苍蝇。

当她后来检查是否捕获了任何东西时，她发现了僵尸苍蝇，它们的腹部有一条带状图案，它们以一种有趣的姿势死去。通过Elya的DNA提取和测序，确认了疑似致病菌E.muscae。

当受感染的苍蝇爬到高处并将它们的长鼻伸到水面时，顶峰发生在日落时分。从长鼻出现的粘液滴将苍蝇粘在表面，就在翅膀升起并远离身体之前，苍蝇死亡。

Elya说：“攀爬非常重要，因为它将苍蝇定位在有利的位置，以便真菌传播到最可能的宿主。”“真菌通过形成非常特殊的临时结构跳到新宿主身上，这些结构会穿透苍蝇的皮肤并将孢子发射到环境中，这些孢子只能在少数几个小时内发挥作用。这是一个短暂的过程，因此有利的位置是生存的一切”

在加州大学伯克利分校期间，Elya使用她在自家后院发现的野生真菌分离物开发了一个实验室模型，她将其称为Entomophthoramuscae-Drosophilamelanogaster“僵尸蝇”系统。有了这个系统，Elya可以持续感染果蝇——一种实验室主食，并在被认为模仿苍蝇内部环境的培养基中独立于苍蝇宿主培养真菌。

顶峰在科学文献中多次出现，但研究只是对死家蝇的观察。从来没有人观察过苍蝇在生命最后几个小时的行为。Elya着手通过开发一种高通量行为分析来自动跟踪数百只受感染的苍蝇，以填补苍蝇登顶时会发生什么的知识空白。在利用这个平台监测苍蝇变丧尸的行为时，她遇到了意外。

“我们发现登顶与攀登无关，”Elya说，“它实际上是在苍蝇死亡前大约两个半小时开始的这种运动活动爆发。”

有了这一发现，Elya和合著者将她的系统与实验室强大的果蝇遗传工具包配对，以创建按需僵尸苍蝇。通过这些和作者的新行为分析，他们可以识别果蝇登顶所需的基因和神经元。

“总的来说，我们发现果蝇的荷尔蒙轴正在调节登顶行为。当我们让这些神经元沉默时，果蝇在登顶方面真的很糟糕，”Elya说。这些神经元将投射发送到产生保幼激素的神经血管器官，保幼激素是一种在昆虫体内保守的激素。“我们认为真菌实际上是在驱动这些神经元的活动，以驱动这种激素的释放，这会导致果蝇爆发出这种运动活动。”

Elya和合著者随后能够收集由数百只受感染果蝇组成的行为数据集，然后他们用这些数据集训练计算机在果蝇登顶时识别它们。这种分类器工具使团队能够发现真菌细胞以有组织的方式侵入果蝇的大脑，在登顶过程中占据大脑的特定区域。

有趣的是，该团队还发现，果蝇的血脑屏障在接触真菌时会受到损害。通常情况下，神经元会受到保护，不受在苍蝇体内循环的血液的影响。血脑屏障的破坏对神经元所接触的物质具有重要影响，可能使血液中循环的物质与大脑中的神经元相互作用，从而提供调节神经活动的途径。

“我们认为这对于真菌驱动行为改变的方式可能很重要，”Elya说，“而且我们实际上发现，你可以从进行登顶行为的果蝇身上抽取血液，将其放入幼稚果蝇中，并驱动一些这种增加的运动。所以我们已经证明，至少有部分能力通过转移苍蝇血液来重现这种登顶行为。”

Elya说，这些实验表明一些血液传播的因素可以驱动登顶行为，尽管目前尚不清楚这些因素的身份或产生它们的人(真菌或苍蝇)。

Elya希望下一步开发转基因技术，以帮助调节真菌方面的事物，以及已经可以在果蝇中进行的扰动。“这里还有很多悬而未决的问题，”她说，“这种真菌在做什么仍然是个谜。”

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