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。     

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。     

实蝇共生菌研究进展

实蝇类昆虫（双翅目Diptera：实蝇科Tephritidae）是重要的农业害虫,为害农作物茎秆和水果,严重影响农业生产和果蔬贸易,被许多国家列为重要的检疫性有害生物。实蝇共生菌对宿主实蝇的取食、生殖、发育及环境适应能力具有重要作用。目前,已有21个属的共生细菌（Enterobacter、Klebsiella、Citrobacter、Pseudomonas、Providencia、Erwinia、Acetobacter、Serratia、Proteus、Hafnia、Cedecea、Arthrobacter、Lactobacillus、Micrococcus、Streptococcus、Staphylococcus、Vibrio、Hafnia、Deinococcacea、Bacillus、Wolbachia）以及1个属的共生真菌（Candida）被鉴定。其中,肺炎杆菌Klebsiella pneumoniae、产酸克雷伯氏菌Klebsiella oxytoca、成团泛菌Pantoea agglomerans、费氏柠檬酸杆菌Citrobter freundii、阴沟肠杆菌Enterobacter cloacae和沃尔巴克氏体Wolbachia普遍存在于实蝇中且备受大家的关注。Wolbachia作为初级共生菌,主要分布于宿主的卵巢和产卵器中;其他次级共生菌则主要分布于宿主的消化道内。共生菌与宿主种群、宿主的地理分布、寄主植物以及宿主入侵能力之间的关系尚未明确。研究实蝇共生菌,对于发现新的实蝇诱饵,提高不育实蝇的环境适应性,以及提出新的实蝇防治技术具有重要意义。本文概述了实蝇共生菌的分布、种类、生物学特性、功能以及相关的研究方法,提出了研究中有待解决的问题,并探讨了下一步的研究热点。     

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。     

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。     

分子生物学技术在双翅目实蝇科昆虫系统发育研究中的应用

分子生物学技术如同工酶电泳、RFLP、RAPD、核酸序列分析、微卫星DNA和探针杂交等,在实蝇科昆虫系统发育研究中具有重要作用。利用这些技术对实蝇种群进行系统发育研究,揭示其亲缘及进化关系,从生命本质上寻找实蝇种群间的内在联系。文章综述上述几种分子生物学技术在实蝇科昆虫核酸结构、种内和种间的亲缘及进化关系等方面的研究进展,分析在应用中存在的问题,展望这些分子生物学技术在实蝇科昆虫系统发育中的应用前景。     

实蝇共生菌研究进展

实蝇类昆虫(双翅目Diptera:实蝇科Tephritidae)是重要的农业害虫,为害农作物茎秆和水果,严重影响农业生产和果蔬贸易,被许多国家列为重要的检疫性有害生物。实蝇共生菌对宿主实蝇的取食、生殖、发育及环境适应能力具有重要作用。目前,已有21个属的共生细菌(Enterobacter、Klebsiella、Citrobacter、Pseudomonas、Providencia、Erwinia、Acetobacter、Serratia、Proteus、Hafnia、Cedecea、Arthrobacter、Lactobacillus、Micrococcus、Streptococcus、Staphylococcus、Vibrio、Hafnia、Deinococcacea、Bacillus、Wolba-chia)以及1个属的共生真菌(Candida)被鉴定。其中,肺炎杆菌Klebsiella pneumoniae、产酸克雷伯氏菌Klebsiella oxytoca、成团泛菌Pantoea agglomerans、费氏柠檬酸杆菌Citrobter freundii、阴沟肠杆菌Enterobacter cloaca...     

昆虫共生细菌研究进展

昆虫体内定殖着大量微生物,经过漫长协同进化,昆虫与这些微生物构建了共生体系,这些昆虫共生微生物参与整个生态过程,对于生态系统中物质转化与交换、能量流动与利用、信息传递与调控等均发挥着重要作用。昆虫共生细菌具有丰富的物种多样性;昆虫与其共生细菌之间通过化学机制、生理机制、生态学机制和遗传学机制构建复杂的共生体系;昆虫为细菌提供稳定的生境并共享特定的代谢途径,共生细菌则协助宿主营养代谢,提供食物中缺乏的养分,促进昆虫生长和繁殖;通过分泌抗菌肽、毒素等,细菌能增强昆虫对寄生物的防御能力和抗病性,并通过调节昆虫对非生物因子的抗逆性和耐药性,扩大昆虫的生态位。昆虫共生细菌在农林牧渔业可持续安全生产与医药研发等领域具有应用潜力和广阔的发展前景。     

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。     

昆虫病原线虫共生细菌致病机理的研究进展

昆虫病原线虫共生细菌是寄生于昆虫病原线虫肠道内的一种细菌,革兰氏染色呈阴性,属肠杆菌科(Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒｉａｃｅａｅ)细菌[1]。它包含两个属———嗜线虫致病杆菌属(Ｘｅｎｏｒｈａｂｄｕｓ)和发光杆菌属(Ｐｈｏｔｏｒｈａｂｄｕｓ),它们分别与斯氏线虫(Ｓｔｅｉｎｅｒｎｅｍａ)和异小杆线虫(Ｈｅｔｅｒｏｒｈａｂｄｉｔｉｓ)共生。这两种线虫由于杀虫能力强,是最有应用潜力的昆虫病原线虫。它们之间的共生关系可以概括为:共生菌存在于线虫的肠道内,线虫携带共生菌进入寄主昆虫体内,并将共生菌释放到昆虫的血腔中;共生菌在昆…     

白蚁共生放线菌研究进展

白蚁与微生物的共生关系是目前较受关注的研究热点,其肠道及巢内的共生微生物在降解木质纤维素的过程中扮演着重要的角色。放线菌是这些共生微生物中的重要一类,广泛存在于肠道、蚁巢及其周围土壤中,目前已探明共生放线菌在参与白蚁碳氮循环及保护巢群免受外来病菌侵染等方面发挥着极大的作用。近年来,人们利用分子生物学技术鉴定了部分共生放线菌的类群,发现了许多具应用前景的新放线菌及相关酶和代谢产物。因此,研究与白蚁相关的放线菌不仅有助于人们了解白蚁共生菌群落间的互作及其与宿主间的关系,而且对人类开发自然资源也有较大的帮助。本文对白蚁共生放线菌的研究进展作一综述,供同行参考。     

实蝇类昆虫生殖行为的研究进展

实蝇是全世界重要的农业害虫,其生殖行为规律对其防治方法的研究具有重要指导意义。本文在文献调研的基础上,对实蝇类昆虫求偶、交配和产卵等行为的最新研究进展进行综述。实蝇类昆虫具有非资源型交配系统,性内、性间选择共同驱动实蝇的性特征进化;同时,实蝇生殖行为受到性信息素、翅信号、物理、化学以及环境等因素的影响。此外,雌虫在交配后会为理想产卵位置发生竞争,而产卵标记信息素起着调节作用。实蝇类昆虫的诸多生殖行为研究结果已成功应用于田间防治,取得了较好的效果。     

Microbial mediation of fruit fly–host plant interactions: is the host plant the “centre of activity”?

Insects utilize resources in their environment with the aid of mutualistic or symbiotic mediation by microorganisms. Some insect species such as ants and termites often have complex ecological and evolutionary associations with their symbionts, while the nature and functional significance of such associations in non-social insects is often unclear. In the Dacinae (Diptera: Tephritidae), specific Enterobacteriaceae ( Erwinia herbicola , Enterobacter cloacae , Klebsiella oxytoca ) are believed to mediate interactions between the adult fruit flies and the larval host plant. This bacterial mediation is hypothesized as being integral to the larval host plant being the "centre of activity" of the fly. Using a non-pest, monophagous fruit fly ( Bactrocera cacuminata [Hering]), we tested this hypothesis by manipulating the fruiting state of its larval host plant ( Solanum mauritianum Scopoli) and subsequently assessing insect behaviour and phylloplane microflora on those hosts. On host plants that had never fruited, few flies or bacterial colonies were recorded, consistent with hypothesis expectations. On fruiting host plants or plants that had had their fruit removed, bacterial colonies were present; again consistent with expectation. However, few flies were recorded on fruit-removed plants and all fly behaviours, other than resting or oviposition, were rare or absent on any hosts; inconsistent with expectation. The general pattern of results suggested that female flies coming to oviposit on fruiting hosts were spreading Enterobacteriaceae, but such spread was incidental and not part of some mutualistic interaction between fruit flies and bacteria.     

微生物对昆虫行为的影响研究进展

在漫长的进化过程中,微生物与昆虫形成了多种形式的互作关系。微生物的广泛分布为与昆虫接触并影响昆虫的行为提供了背景条件。为了深入探究微生物影响昆虫行为的现象和机制,本文综述了微生物影响昆虫行为方面的研究进展。微生物通过产生可被昆虫识别的化学信号物质、参与昆虫或寄主植物信息化合物的合成等方式可影响昆虫对其寄主的定位和选择。在对昆虫种内和种间关系的研究中也发现微生物起着非常重要的作用。通过改变昆虫性信息素等方式,微生物还能影响到昆虫的繁殖行为;除此之外,微生物合成或参与合成的信息化合物还可以影响昆虫的社会性和聚集等行为。根据当前对微生物影响昆虫行为方面的研究现状,我们建议可进一步研究：(1)微生物影响昆虫行为的过程中,影响昆虫行为的信息化合物是如何产生的？(2)微生物在影响昆虫行为的过程中是否涉及更多的物种间互作？(3)对于一些在特定时期可影响昆虫行为的共生微生物来说,宿主昆虫是如何获得并维持这些微生物的？     

Yeast Communities Associated with Diptera of the White Sea Littoral

Microbiology - Relationship between symbiotic yeast and Diptera insects are studied mainly on fruit flies (Drosophilidae). Evolutionary experiments showed that changes in the composition of the...     

模式动物在共生微生物研究中的作用

共生微生物是一类定殖于宿主体表或体内, 可执行宿主本身无法完成的功能, 并依赖于宿主所提供的生长环境的微生物。众多研究表明, 人体肠道共生微生物与免疫、营养、代谢, 甚至精神健康等生理功能密切相关, 是重要的“微生物器官”。在早期的肠道微生物研究中, 模式动物就已经作为研究工具被使用。随着肠道微生物研究的不断深入, 模式动物作为不可替代的研究对象发挥了越来越重要的作用。本综述主要对几种重要的模式动物如斑马鱼(Danio rerio)、小鼠(Mus musculus)、猪(Sus scrofa domesticus)和猕猴(Macaca mulatta)在肠道微生物研究中的应用进行了总结, 介绍了各种模式动物的发展过程及特点, 各自在应用于研究时的优缺点, 以及利用这些动物模型在共生微生物领域所取得的一些标志性的科研成果。同时, 也就近年来在共生微生物领域新兴的一些模式生物如蜜蜂(Apis)、果蝇(Drosophila)、秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)等进行了一些探讨。旨在让该领域的研究者们了解模式动物与人体在共生微生物方面的异同, 为更好地利用这一研究工具提供参考。     

Tissue distribution and prevalence of Wolbachia infections in tsetse flies, Glossina spp

Tsetse flies Glossina spp. (Diptera: Glossinidae) harbor three different symbiotic microorganisms, one being an intracellular Rickettsia of the genus Wolbachia. This bacterium infects a wide range of arthropods, where it causes a variety of reproductive abnormalities, one of which is termed cytoplasmic incompatibility (CI) that, when expressed, results in embryonic death due to disruptions in fertilization events. We report here that in colonized flies, Wolbachia infections can be detected in 100% of sampled individuals, while infections vary significantly in field populations. Based on Wolbachia Surface Protein (wsp) gene sequence analysis, the infections associated with different fly species are all unique within the A group of the Wolbachia pipientis clade. In addition to being present in germ-line tissues, Wolbachia infections have been found in somatic tissues of several insects. Using a Wolbachia-specific PCR-based assay, the tissue tropism of infections in Glossina morsitans morsitans Westwood, Glossina brevipalpis Newstead and Glossina austeni Newstead were analysed. While infections in G. m. morsitans and G. brevipalpis were limited to reproductive tissues, in G. austeni, Wolbachia could be detected in various somatic tissues.     

昆虫共生微生物及其功能研究进展

昆虫体内共生微生物能够占到昆虫生物量的1%~10%,主要包括细菌、真菌、古菌和病毒。昆虫与共生微生物共进化形成共生体,共生微生物在昆虫生物学性状、多样性形成、生态适应性与抗逆性等多方面发挥着重要的作用。昆虫中的农作物害虫严重影响农业生产。本文对2000年以来农业害虫共生微生物的多样性、研究方法和功能机制、共生微生物之间的互作以及在害虫防控中的应用等方面的研究进展进行综述和展望。随着分子微生态学、宏基因组测序等先进研究方法的不断开发应用,对农业昆虫害虫共生微生物研究的广度和深度都有了突破。发现共生微生物主要通过以下方式影响宿主昆虫：(1)合成营养物质或产生消化酶促进宿主生长发育、拓展宿主生态位;(2)产生保护性代谢物直接保护宿主抵御胁迫,或通过调控寄主植物的防御反应间接地保护宿主;(3)产生活性物质调控宿主的生殖、交配、聚集和运动等行为。昆虫共生微生物的种类和数量在一定时空范围内维持动态变化并对宿主表型产生重要影响,是宿主、环境、共生微生物互作因素之间收益权衡的结果。因此建议进一步开展以下研究：影响共生体形成和维持的分子机制;在更多时空维度上研究共生微生物、宿主、寄主、天敌和环境之间的复杂相互作用;通过定向调控共生体设计绿色高效的害虫防治策略。     

昆虫肠道微生物分离培养策略及研究进展

昆虫肠道作为一种特殊生境,生存着多种多样的共生微生物,并且肠道内的很多微生物与自然界其他生境的微生物种类显著不同。基于对纯培养微生物的研究,科学家们发现,肠道微生物与昆虫营养、生长发育及免疫等功能密切相关。因此,分离培养是发现微生物新种类、新基因和新功能的基础。然而,自然界可培养的微生物大约只占总数的1%。为了能够对更多的微生物进行分离和培养,近二十年来,微生物学家们发展了诸多新的培养技术和策略并利用它们从昆虫肠道分离出了很多新的难培养微生物。这些新的微生物种类极大地丰富了我们对肠道共生微生物生理作用与功能的认识。以此为基础,本文综述了昆虫肠道微生物分离培养的策略及研究进展,并对未来该领域的发展进行了展望。     

Comparative Genomic and Phylogenetic Analyses Reveal the Evolution of the Core Two-Component Signal Transduction Systems in Enterobacteria

The two-component signal transduction system (TCST) consists of a histidine kinase (HK) and a response regulator (RR). TCSTs play important roles in sensing and reacting to environmental changes, and in bacterial pathogenesis. Previously, we have identified and characterized TCSTs in Erwinia amylovora, a severe plant enterobacterial pathogen, at genome-wide level. Here we conducted a comparative genomic analysis of TCSTs in 53 genomes of 16 enterobacterial species. These species include important plant, animal, human, and insect pathogenic, saprophytic or symbiotic microorganisms. Comparative genomic analysis revealed that enterobacteria contain eight pairs of core TCSTs. Phylogenetic trees reconstructed from a concatenation of the core set of TCSTs from enterobacteria and for individual TCST proteins from species in Proteobacteria showed that most TCST protein trees in the Enterobacteriaceae or in species of the γ-Proteobacteria agreed well with that of the corresponding 16S rRNA gene. It also showed that co-evolutionary relationships existed between cognate partners of the HKs and RRs. Several core TCSTs were quite ancient and universal based on phylogenomic analysis of protein structures. These results indicate that the core TCSTs are relatively conserved, and suggest that these enterobacteria may have maintained their ancient core TCSTs and might acquire specific new TCSTs for their survival in different environments or hosts, or may have evolved new functionalities of the core TCSTs for adaptation to different ecological niches.