昆虫内共生菌研究概况

内共生菌与昆虫形成互惠共生关系,在宿主昆虫的生长、生殖、传播植物病害以及探讨生命起源与进化等等方面都有很重要的意义。从昆虫内共生菌的特点、内共生菌在昆虫体内的分布、对昆虫的影响、获得少或缺内共生菌的方法及其研究内共生菌的潜在意义等方面进行了综述。     

植物介导的昆虫内共生菌水平传播及其对宿主生物学特性的影响

内共生菌(Endosymbionts)与其昆虫宿主的生物学特性联系非常密切。近年来,昆虫内共生菌水平传播的途径及机制已经成为昆虫学研究的热点之一。越来越多的研究表明,亲缘关系相距甚远的昆虫可以感染有相同或相似的内共生菌,说明昆虫内共生菌的水平传播在自然界中普遍存在。植物介导的昆虫内共生菌水平传播便是其中的一条途径,即同种或不同种类的昆虫可以通过取食,获得供体昆虫传入植物组织中的内共生菌,形成内共生菌从供体昆虫-寄主植物-受体昆虫传播的路径。本文主要以植物介导的昆虫内共生菌水平传播途径为对象,介绍了昆虫内共生菌的水平传播途径,以及内共生菌传入后对新宿主生物学、生态学特性的影响,以期为昆虫内共生菌水平领域的研究提供更多有价值的参考。     

刺吸式昆虫次生内共生菌的研究进展

蚜虫作为典型的刺吸式昆虫,需要以取食植物韧皮部汁液来补充营养,几乎所有蚜虫均带有一种能为其提供植物韧皮部缺失营养物质的初生共生菌Buchnera aphidicola。此外,蚜虫还可携带一种或多种次生内共生菌。在众多共生菌—寄主系统中,蚜虫与其所带内共生菌间的互作研究最为透彻。虽然次生内共生菌对寄主的存活和生殖影响并不显著,但其在寄主对环境耐受力、天敌防御能力等方面作用明显。本文在查阅大量蚜虫次生内共生菌相关文献的基础上,着重对蚜虫次生内共生菌的种类及传播规律、次生内共生菌对蚜虫表型的影响、蚜虫次生内共生菌基因组学等方面的研究现状进行综述,以求为刺吸式昆虫次生内共生菌的研究提供参考。     

昆虫内共生菌及其功能研究进展

昆虫内共生菌与宿主之间的互作关系已逐渐成为昆虫学的研究热点之一。昆虫内共生菌具有协助宿主营养代谢、 逃避天敌攻击和增强抗药性等功能： 通过协助宿主营养代谢, 提供食物中缺乏的营养物质来弥补食物中营养物质的不足; 分泌抗菌肽、 毒素等物质以增强对外源寄生物等的防御能力, 抑制对宿主的不利影响; 同时, 也可以增强宿主抗逆性, 调控植物生理反应, 抑制植物对宿主的不利影响; 利用对抗逆性基因精确的表达调控来增强宿主抗药性等。因此, 内共生菌介导的宿主生物学性状的改变, 扩大了宿主昆虫的生态位, 成为昆虫生长发育过程中的重要调控因子。目前, 昆虫内共生菌的功能往往是通过研究宿主感染共生菌前后性状的变化而证实。近几年, 转录组学、 蛋白质组学、 基因组学等技术的进步, 促进了内共生菌与宿主昆虫共生机制研究的发展。通过研究内共生菌及其功能基因在昆虫种群动态中的作用, 特别是内共生菌感染对宿主生殖、 存活、 适应环境能力的影响, 将有利于揭示内共生菌与宿主的共生机制, 并最终为开发新的防控技术提供理论依据。本文针对昆虫内共生菌的功能进行了综述, 并对日后的研究方向进行了展望, 提供了研究昆虫内共生菌与宿主互作关系的方法及建议。     

鳞翅目昆虫内共生菌研究进展

内共生菌(endosymbionts)与其昆虫宿主的共生关系是普遍存在的，它们彼此相互依赖、相互影响、协同进化。近年来，关于昆虫内共生菌的研究多以半翅目(Hemiptera)和双翅目(Diptera)昆虫为主，但数量不断增加的研究表明鳞翅目(Lepidoptera)昆虫与其体内共生菌的互作模式和机制也正在受到越来越多的关注。鳞翅目昆虫种类多，分布广，主要作为植食者、传粉者在生态系统中发挥作用，而其绝大部分幼虫会对农林业生产造成巨大经济损失。鳞翅目昆虫体内共生菌群落多样性相对较低，主要以次生共生菌Wolbachia为主，少数也感染有Spiroplasma，Arsenophonus及Rickettsia。它们常呈严格的母系垂直传播，也会发生一定比例的水平传播，在宿主的生长发育、生殖调控、环境适应、遗传进化方面发挥重要作用。目前一般采用诊断性聚合酶链反应、高通量扩增子测序、宏基因组测序等方法检测内共生菌。但鳞翅目昆虫内共生菌研究领域存在一些难点，包括：大多数内共生菌无法离体培养；丰度较低的内共生菌的生物学功能难以确定。基于鳞翅目昆虫内共生菌的分布及该领域的难点，建议未来的研究重点应放在次生共生菌及其生物学功能上。     

三种抗生素去除大青叶蝉内共生菌的效果

内共生菌能够为寄主提供营养物质,同时在宿主昆虫的生长及生殖等方面具有特殊作用,大青叶蝉Cicadella viridis与其他昆虫一样具有内共生菌。本文设计了大青叶蝉内共生菌Sulcia muelleri和Sodalis sp.的特异性引物,检测其在大青叶蝉中的感染率;同时分别用利福平、盐酸土霉素和青霉素G钾盐3种抗生素处理大青叶蝉,用TaqMan探针法绝对定量PCR检测不同处理时间下大青叶蝉内共生菌的拷贝数。结果表明:大青叶蝉内共生菌Sulcia muelleri和Sodalis sp.的带菌率均为100%;利福平、盐酸土霉素和青霉素G钾盐均可使内共生菌的量减少,但不能完全消除。3种抗生素均能显著减少大青叶蝉雌虫和雄虫中内共生菌Sulcia muelleri 16S rRNA基因拷贝数。盐酸土霉素和利福平均能显著降低大青叶蝉若虫和雄虫中内共生菌Sodalis sp. 16S rRNA基因拷贝数,但对雌虫影响不显著。     

昆虫内共生菌及其传病毒相关GroEL蛋白

昆虫传播的植物病毒种类多、危害大,其传病毒的能力与昆虫体内共生菌产生的GroEL蛋白关系密切,该蛋白是分子伴侣hsp60家族的成员,对病毒进入昆虫血体腔免遭破坏起着保护作用,也与昆虫传病毒的专一性有关。本对昆虫内共生菌及其产生的GroEL进行了综述,并分析了研究内共生菌及其产生的蛋白质的科学意义与发展趋势,为植物病毒病的防治研究提供了新的思路。     

蚜虫初级内共生菌Buchnera aphidicola研究进展

动物和细菌的内共生关系一直是生物学关注的热点,相关研究不但对于了解动物宿主的生长、繁殖等有重要意义,也有助于探讨生命起源和进化等生命现象。蚜虫类昆虫体内存在一类专性的胞内共生菌Buchnera,它对于蚜虫营养代谢和正常发育至关重要,被称为蚜虫的初级内共生菌。由于两者间具有专性共生关系,使其成为内共生关系研究的理想模型。本文将从Buchnera的基本特征、Buchnera与蚜虫进化关系、Buchnera在共生关系中的作用及Buchnera基因组学等方面对Buchnera研究现状进行综述,并对未来的研究热点进行展望。     

昆虫专性内共生细菌及其基因组研究进展

昆虫专性内共生细菌是一类与宿主昆虫长期协同进化的共生微生物,在许多昆虫体内均有发现,主要存在于昆虫特化的器官(含菌体)内,以垂直传播的方式由母系遗传。专性内共生细菌与昆虫的生存、繁殖以及进化等方面息息相关,其主要功能是为宿主提供必需氨基酸等营养物质。因其长期生活在宿主细胞内处于封闭的高营养的环境中,其基因组的特征与普通细菌基因组有很大区别,包括基因组大小、GC含量、基因缺失等方面。通过对共生细菌基因水平上的深入研究,有助于理解专性内共生细菌在宿主昆虫协同进化过程中的作用。目前,昆虫内共生细菌基因的生物学功能、内共生细菌之间以及内共生细菌与宿主之间的互作机制还不是很清楚,有待进一步的研究和探索。     

共生菌Cardinium在宿主体内的分布、检测及其生殖调控作用

内共生菌是存在于宿主细胞内,与宿主存在互利共生关系的一类细菌。内共生菌在节肢动物的生长和繁殖过程中起着十分重要的作用, 包括向宿主提供食物中缺乏的营养物质、调控宿主生殖方式,增强宿主适应性等。Cardinium属于拟杆菌门Bacteroidetes,通过细胞质遗传,具有诱导宿主细胞质不亲和、产雌孤雌生殖、雌性化等生殖异常现象,并且还可影响宿主的适合度,以利于其本身在宿主不同种群和世代间的分布和传播。由于Cardinium是近几年人们新发现的一类新型内共生菌,目前对其在节肢动物宿主体内的分布、其生物学生态学功能等尚不完全明确。本文在综合国内外文献资料的基础上,从Cardinium在节肢动物体内的分布、其在昆虫种群的传播规律及其检测手段、其对节肢动物宿主的生殖调控作用等几个方面进行了综述,并对其应用前景进行了展望,以期引起更多的学者关注该胞内共生菌,推动人们对该内共生菌的研究及利用。     

烟粉虱复合种内共生菌多样性及其生物学意义

烟粉虱复合种Bemisia tabaci（Gennadius） complex内共生菌的种类可分为5类：变形菌门（Proteobacteria）γ变形菌纲的初级内共生菌Candidatus Portiera aleyrodidarum和次级内共生菌,变形菌门α变形菌纲Wolbachia属细菌,衣原体门（Chlamydiae）衣原体纲细菌CandidatusFritschea bemisiae以及拟杆菌门（Bacteroidetes）类噬胞细菌（Cytophaga-like-organism, CLO）。系统发育分析表明,烟粉虱初级内共生菌分为2支,一些初级内共生菌和宿主系统发育并不严格一致; 次级内共生菌分为3支,一些次级内共生菌可能存在水平传播或多次侵入的现象。上述5类内共生菌在烟粉虱不同生物型/地理种群内的分布存在差异。B型烟粉虱可能具有独特的初级、次级内共生菌,并且不含有或很少含有Wolbachia属细菌、衣原体纲细菌Candidatus Fritschea bemisiae以及类噬胞细菌（CLO）。最后探讨了不同内共生菌对烟粉虱宿主的生物学意义及其研究方向。     

烟粉虱及其优势寄生蜂内共生菌的种类及系统发育分析

为了研究入侵我国的2个主要烟粉虱隐种Bemisia tabaci MEAM1和MED及其3种优势寄生蜂(浅黄恩蚜小蜂Encarsia sophia、丽蚜小蜂E.formosa、海氏桨角蚜小蜂Eretmocerus hayati)体内感染内共生菌的种类丰度,并进一步探讨其系统发育关系,本文利用分子生物学手段对昆虫体内细菌的16S rRNA基因序列进行扩增、测序和分析,并采用邻接法(Neighbor-Joining,NJ)和最大似然法(MaximumLikehood,ML)分别构建优势内共生菌的系统发育树。结果表明,烟粉虱2个隐种内共生菌的种类丰度大于其3种优势寄生蜂,3种优势寄生蜂中丽蚜小蜂内共生菌的种类丰度最高;同源性分析发现烟粉虱和寄生蜂所携带的Rickettsia基因同源性达到99%,属于Rickettsia bellii种,进一步的进化树分析也发现所研究物种的Rickettsia和Hamiltonella均可各自聚为同一进化分支。烟粉虱及其优势寄生蜂体内含有种类丰富的内共生菌,其中优势内共生菌Rickettsia和Hamiltonella各自亲缘关系很近,说明内共生菌在烟粉虱和寄生蜂间可能进行水平传播。     

一种含特异性侵染内共生菌Rickettisa massilia的烟粉虱种群建立方法

【目的】烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadaius)广泛分布于全球除南极洲外各大洲的90多个国家和地区,其寄主范围广,危害严重,属于农业上的重要害虫。烟粉虱体内的内共生菌有助于其扩散传播,提高其寄主适合度,但其体内的内共生菌大都为次生内共生菌,很难进行体外培养,因此,加大了其内共生菌研究的难度。【方法】采集我国部分地区的烟粉虱种群,然后利用基于mt DNA COⅠ基因的种特异性引物进行种群生物型鉴定,再用内共生菌的特异性引物来鉴定含有特异性侵染内共生菌种群,确定个体含内生菌类型后,采取继代饲养方法建立种群。【结果】经鉴定烟粉虱的生物型为Q型(MED隐种),经过5代种群筛选后,可以建立稳定遗传的含特异性侵染内共生菌Rickettisa massilia菌的烟粉虱种群。【结论】通过本方法可以获得稳定的含有特异性侵染内共生菌Rickettisa massilia菌的烟粉虱种群。该方法对研究烟粉虱与体内内共生菌、植物三者之间以及烟粉虱体内某几种内共生菌之间的互作有重要意义,同时也为明确烟粉虱体内Rickettisa菌的作用研究打下基础。     

一种含特异性侵染内共生菌Rickettisa massilia的烟粉虱种群建立方法

【目的】烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadaius)广泛分布于全球除南极洲外各大洲的90多个国家和地区,其寄主范围广,危害严重,属于农业上的重要害虫。烟粉虱体内的内共生菌有助于其扩散传播,提高其寄主适合度,但其体内的内共生菌大都为次生内共生菌,很难进行体外培养,因此,加大了其内共生菌研究的难度。【方法】采集我国部分地区的烟粉虱种群,然后利用基于mt DNA COⅠ基因的种特异性引物进行种群生物型鉴定,再用内共生菌的特异性引物来鉴定含有特异性侵染内共生菌种群,确定个体含内生菌类型后,采取继代饲养方法建立种群。【结果】经鉴定烟粉虱的生物型为Q型(MED隐种),经过5代种群筛选后,可以建立稳定遗传的含特异性侵染内共生菌Rickettisa massilia菌的烟粉虱种群。【结论】通过本方法可以获得稳定的含有特异性侵染内共生菌Rickettisa massilia菌的烟粉虱种群。该方法对研究烟粉虱与体内内共生菌、植物三者之间以及烟粉虱体内某几种内共生菌之间的互作有重要意义,同时也为明确烟粉虱体内Rickettisa菌的作用研究打下基础。     

烟粉虱内共生菌16S rDNA的特性研究

对烟粉虱内共生菌16SrDNA的酶切结果及部分生物体16SrDNA的(G C)%分析结果表明:烟粉虱初生内共生菌的16SrDNA能够被EcoRI酶切成两个片段、而不能够分别被BamHI与SacI酶切;烟粉虱次生内共生菌的16SrDNA没有BamHI内切酶位点、而能够分别被EcoRI或Sac I酶切成大小不同的两个片段。(G C)mol%与菌的分类地位有关,同时还与菌的可培养能力有关。Proteobacteriaγ亚纲的烟粉虱初生内共生菌与α亚纲的Rickettsia、线粒体的16SrDNA相似,富含(A T)mol%,具低的(G C)mol%。而γ亚纲的次生内共生菌及大肠杆菌与β亚纲的mealybugs初生内共生菌的16SrDNA相似,富含(G C)mol%。说明初生内共生菌可能与烟粉虱同时发生,并且形成一种非常紧密的共生关系,次生内共生菌与烟粉虱关系松散一些,其特性近似于自由生活的细菌,更有可能获得纯培养体。16SrDNA的系统进化树表明,烟粉虱次生内共生菌属于Proteobacteriaγ-3亚纲,而初生内共生菌属于Proteobacteriaγ亚纲的另一分支。     

昆虫体内的共生菌

昆虫和微生物之间多种多样的共生关系对于昆虫本身的生长发育是极为重要的。这种共生关系一般分为两种类型:即外共生型和内共生型。外共生型是指微生物生活在细胞外,内共生型是指微生物生活在昆虫组织的细胞内。外共生现象已较为大家熟悉,本文在这里仅介绍内共生现象。     

烟粉虱内共生菌16S rDNA的变异与系统发生

对 5年连续饲养在不同种寄主植物上的B型烟粉虱北京种群的内共生菌 1 6SrDNA基因进行了PCR扩增和测序。结合已知序列 ,构建了不同寄主植物烟粉虱初生内共生菌约 1 0 0 0bp的 1 6SrDNA及次生内共生菌约1 2 5 0bp的 1 6SrDNA的分子系统树。结果表明 ,中国北京不同寄主植物的B型烟粉虱内共生菌及世界其它地区烟粉虱内共生菌可能是同一种的不同生态型 ,内共生菌在其宿主分化后进行了选择 ,之后与其宿主长期共同进化、共同适应 ,为宿主对不同生境的适应提供了一定的基础     

蚜虫基因组及功能基因组研究进展

蚜虫作为刺吸式昆虫和植物病毒的传播者,已经成为严重威胁农业生产发展的重要害虫之一。近几年随着分子生物学的发展,尤其是基因组测序技术的进步,蚜虫基因组学和功能基因组学取得了重大突破,使我们对蚜虫特殊的生物学特征有了深层次的认识。本文就蚜虫与内共生菌关系、表型可塑性、发育和生殖、系统进化、解毒酶基因家族以及唾液腺方面在基因组和功能基因组水平上的研究进展进行了综述。     

基于宏基因组测序的扶桑绵粉蚧内共生菌多样性研究

[目的] 扶桑绵粉蚧是一种重要的入侵害虫,也被列为我国的检疫性有害生物。内共生菌的群落结构及与扶桑绵粉蚧关系的研究,将为研究扶桑绵粉蚧的入侵生物学和防治提供新的思路和参考。[方法] 利用宏基因组测序技术对室内饲养扶桑绵粉蚧内共生菌的物种组成、丰度和多样性进行了研究。[结果] 共鉴定获得29个门,47个纲,105个目,178个科,245个属,299个种。变形菌门、γ-变形菌纲、肠杆菌目、肠杆菌科、伯克氏菌属、Candidatus分别为各分类阶元的优势种群。共预测了36505个基因,其中77.27%的基因分布在200~499 nt的范围内。基因集KEGG注释表明,扶桑绵粉蚧内共生菌代谢相关基因最多,达384个,占49.48%;环境信息处理基因最少,仅8个,占1.03%;代谢相关基因最多的为氨基酸代谢基因,为64个,占28.19%。基因集COG注释表明,翻译、核糖体结构和生物发生的基因最多,其次为氨基酸转运和代谢基因,分别占27.64%和12.31%。[结论] 初步确定了扶桑绵粉蚧内共生菌菌群的群落结构和优势菌群,并初步分析了这些内共生菌的功能基因情况,为进一步研究内共生菌与扶桑绵粉蚧之间的关系提供了基础,以期从内共生菌的角度为该虫的防控提供新的策略。     

弓背蚁属蚂蚁初级内共生菌Blochmannia的研究进展

昆虫与其体内细菌的互利共生关系是近十余年来生物学家关注的热点领域,也是研究物种间协同进化的理想模型。Blochmannia是蚁科弓背蚁属Camponotus蚂蚁体内的初级内共生菌,作为最早被描述的动物与细菌之间的共生关系,Blochmannia在帮助宿主蚂蚁合成食物中所缺少的必需营养物质、维持生长发育、繁殖和营养代谢等方面发挥重要作用。本文从Blochmannia的分布规律、母系传播、基因组特征及其功能等方面进行综述,以期为相关研究提供参考和借鉴。