共生菌与昆虫的免疫

共生菌可通过产生抗菌物质、调控宿主免疫相关基因和微生物种间竞争作用等方式保护昆虫宿主免受病原体的侵染。为维持共生关系,昆虫进化出精细的调控机制避免对共生菌的过激免疫应答,共生菌通过免疫识别信号多态性或化学拟态来降低或躲避宿主免疫系统对自身的伤害。本文在分析共生菌对宿主免疫的功能及其机制的基础上,探讨宿主对免疫应答的精准调控以及共生体系的协同进化,以期为共生菌对宿主免疫影响的深入研究提供参考。     

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。     

昆虫体外共生菌研究进展

昆虫体外共生菌是指能在体外与宿主发生互利共生关系的微生物。体外共生菌虽然不如肠道微生物那样普遍存在于昆虫中,但也在宿主生长发育过程中扮演着重要的角色。昆虫体外共生菌一般寄生于昆虫体表或体内特异器官(如储菌器),在特定时期转移到植物组织中。体外共生菌产生的挥发物能作为宿主定位寄主植物的信号物质,能为宿主提供生长发育所需的营养物质,还参与了宿主体外免疫。对昆虫体外共生菌的研究,不仅能进一步揭示昆虫与微生物之间的互作关系,丰富昆虫共生菌的研究,还能从共生菌的角度探索害虫引诱剂和昆虫免疫豁免机制。本文对昆虫体外共生菌寄生方式、传播途径、对宿主的影响等研究成果进行了综述,旨在为害虫综合防控提供新思路。     

昆虫肠道微生物的研究进展和应用前景

昆虫肠道的独特结构和理化性质为多种多样的微生物定殖提供了特殊环境,肠道微生物的群落组成与宿主昆虫的生长发育、代谢繁殖等生命活动密切相关。种类丰富多样、生态位分布广泛的昆虫体内含有大量特化的肠道微生物群落,经过长期协同进化形成的共生关系具有多方面无可替代的优势。这种相对稳定的共生关系对昆虫整个生命周期具有极其重要的作用,肠道微生物不仅为宿主提供重要的营养物质、协助消化食物、提高宿主防御和解毒能力,还影响宿主昆虫的寿命、发育周期以及交配与繁殖能力等。同时,昆虫肠道微生物在农业、生态、医药以及能源环保等多个学科领域也显示出了巨大的应用前景。本文就昆虫肠道微生物群落的多样性、功能和影响肠道微生物生存因素,以及应用前景等方面进行综述,讨论了昆虫肠道微生物的最新研究进展。     

昆虫共生微生物：研究进展与展望

昆虫共生微生物是指与昆虫宿主建立持久互作关系的微生物，这些微生物分布于昆虫的体表、肠道、血腔或者细胞内，参与调节宿主昆虫的多种生理功能。昆虫-共生微生物互作研究涉及多个学科领域的交叉。深入研究昆虫共生微生物的功能及其与宿主的互作关系不仅有助于阐明重要的生命科学机理，还将为害虫治理和虫传病害的防控以及益虫的有效利用提供新的思路和方法。近年来，我国学者在昆虫微生物组研究领域取得显著进展，在多个研究方向取得重要成果。本文概述了国内外昆虫共生微生物研究的最新进展，介绍了本专辑论文的主要研究内容，并提出了值得关注的3个研究方向：(1)昆虫细胞内共生微生物的功能；(2)昆虫调控共生微生物丰度和传播的机制；(3)昆虫共生微生物的遗传改造和应用。     

昆虫共生微生物在病虫害和疾病控制上的应用前景

昆虫与微生物之间的互利共生关系是自然界中一种常见的互作形式。昆虫的种类丰富多样并且在自然界中分布广泛,在一定程度上得益于共生微生物的帮助。随着生物技术的不断发展,越来越多的共生微生物和互利共生模式得以发现并深入研究。微生物不仅能够为昆虫的生长发育提供营养,还能合成很多生物活性物质、调节宿主的免疫、对抗捕食者和抵御病原微生物感染,成为宿主昆虫健康和适应的守护者。鉴于共生微生物与昆虫生理生态的密切联系,以及昆虫对人类经济与健康的重要影响,利用共生微生物对昆虫及虫媒病进行生物控制已经成为一个热点研究方向,并展现了良好的应用前景。本文对昆虫共生微生物的多样性、生物学功能、与宿主相互作用机制及其在病虫害和虫媒病防治中的研究进展进行综述和展望。     

昆虫完全变态发育与其共生微生物之间的相互影响

完全变态昆虫在发育过程中要经过卵、幼虫、蛹和成虫四个阶段,它们在幼虫和成虫阶段形态构造和生活习性明显不同,这一现象被称为适应性解耦,使幼虫和成虫能够更独立地完成不同的任务,各自获得更高的效率,这对完全变态昆虫有巨大的生态和进化意义。然而这种发育方式为完全变态昆虫与微生物建立稳定的共生关系带来了巨大的挑战。它们在变态过程中身体结构的重塑、饮食习惯的改变等使微生物居住的栖息地发生彻底转变,微生物在昆虫宿主个体不同发育阶段和不同个体代际之间的垂直传递也受到了限制。为了高保真地维持稳定的共生关系,部分完全变态昆虫和共生微生物进化出多样的严格垂直传递或者规避完全变态发育的传递方式。也有部分完全变态昆虫趁此机会实现与共生微生物的关系解绑,与新的微生物建立联系,呈现出在不同生命阶段共生微生物的动态变化。此外,昆虫变态发育还直接受到共生微生物的影响,微生物能保护宿主在变态发育中最脆弱的阶段免受病原体感染,为变态发育提供必需的营养物质和促进变态发育的因子。因此,本综述将总结和深入探究昆虫完全变态发育与其共生微生物之间的相互影响。     

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。     

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。     

按蚊肠道微生物及其在阻断疟疾传播上的应用

按蚊体内,尤其是中肠内定殖着大量的微生物群落。肠道菌群通过与按蚊的长期协同进化形成了相互依存的共生关系。肠道共生菌参与调节按蚊的多种生命活动,对于维持按蚊的健康发挥着重要作用,已经成为一个与宿主按蚊密不可分的重要"器官"。研究表明,肠道共生菌在按蚊物质代谢、营养、发育、生殖、免疫调控和免疫防御等生理过程中发挥着重要的调节作用。蚊虫是疟疾、登革、寨卡等多种疾病的传播媒介,而肠道共生菌对寄生虫和病毒在蚊虫肠道内的发育和感染具有重要影响,因此研究蚊虫与共生菌的相互作用有着重要的理论和实践意义。本文将对按蚊肠道共生菌的多样性、生物学功能、与宿主相互作用的机制及其在防治疟疾上的应用进展进行综述,并对未来的研究提出展望。     

昆虫共生菌的垂直传播

共生菌普遍存在于昆虫体内,它们能够为宿主昆虫提供生长发育所必需的氨基酸、固醇类等营养物质,还能提高昆虫适应高温、寄生虫、病毒等不利环境因素的能力,昆虫则为共生菌提供稳定的生存环境和营养物质,昆虫与共生菌相互依存。多数情况下,共生菌通过垂直传播在宿主代次间进行传播,即共生菌由母代传递给子代。结合最近几年相关研究,本文综述了不同昆虫共生菌的垂直传播模式。除极少数肠道共生菌通过污染卵壳被宿主幼虫取食得以垂直传播外,垂直传播的共生菌多为经卵传播。根据侵染时期的不同,共生菌经卵传播模式多数可分为以下4种：侵染宿主昆虫幼虫中的生殖干细胞、侵染宿主昆虫年轻雌成虫中的生殖干细胞、侵染宿主昆虫雌成虫中的成熟卵母细胞以及侵染宿主昆虫囊胚期胚胎。其中,有些共生菌是以共生菌菌胞整体侵染的方式进入到宿主卵巢。另外,少数肠道共生菌也通过卵巢进行垂直传播,此类共生菌先侵染卵巢侧输卵管并在侧输卵管聚集,待卵排放至侧输卵管时再进入到卵中。在文中,我们也探讨了昆虫共生菌垂直传播过程中的细胞机制和免疫机制,包括共生菌避开宿主免疫反应、共生菌通过内吞作用进入卵巢以及不同共生菌间的协同作用等。     

Yeast-like microorganisms in the scale insect Kermes quercus (Insecta,Hemiptera, Coccomorpha: Kermesidae). Newly acquired symbionts?

Scale insects, like other plant sap-consumers, are host to symbiotic microorganisms which provide them with the substances missing from their diet. In contrast to most scale insects, Kermes quercus (Linnaeus) was regarded as asymbiotic. Our histological and ultrastructural observations show that in the body of the feeding stages of K. quercus collected in two locations (Warsaw and Cracow), numerous yeast-like microorganisms occur. These microorganisms were localized in the cytoplasm of fat body cells. The yeast-like microorganisms were observed neither in other organs of the host insect nor in the eggs. These microorganisms did not cause any damage to the structure of the ovaries and the course of oogenesis of the host insect. The females infected by them produced about 1300 larvae. The lack of these microorganisms in the cytoplasm of eggs indicates that they are not transmitted transovarially from mother to offspring. Molecular analyses indicated that the microorganisms which reside in the body of K. quercus are closely related to the entomopathogenic fungi Cordyceps and Ophiocordyceps, which belong to the Sordariomycetes class within the Ascomycota. The role of yeast-like microorganisms to their host insects remains unknown; however, it has been suggested that they may represent newly acquired symbionts.     

Wolbachia endosymbionts responsible for various alterations of sexuality in arthropods.

Rickettsia-like maternally inherited bacteria have been shown to be involved in a variety of alterations of arthropod sexuality, such as female-biased sex ratios, parthenogenesis, and sterility of crosses either between infected males and uninfected females or between infected individuals (cytoplasmic incompatibility). We have characterized several of these microorganisms through partial sequences of the small (16S) and large (23S) subunit ribosomal DNA. All the symbionts identified, which include several cytoplasmic incompatibility microorganisms, several endosymbionts of terrestrial isopods, and symbionts of two thelytokous Trichogramma wasp species, belong to a monophyletic group of related symbionts, some of which have previously been detected in several insects exhibiting cytoplasmic incompatibility. Three molecular lineages can be identified on the basis of 16S as well as 23S sequences. Although they are only known as endocellular symbionts, Wolbachia spread by horizontal transfer across host lineages as evidenced by their diversification which occurred long after that of their hosts, and by the non-congruence of the phylogenetic relationships of symbionts and their hosts. Indeed, symbionts of two different lineages have been found in the same host species, whereas closely related endosymbionts are found in distinct insect orders. Isopod endosymbionts form a separate lineage, and they can determine feminization as well as cytoplasmic incompatibility. The ability to determine cytoplasmic incompatibility, found in all lineages, is probably ancestral to this group.     

MYCETOCYTE SYMBIOSIS IN INSECTS

1. Non-pathogenic microorganisms, known as mycetocyte symbionts, are located in specialized 'mycetocyte' cells of many insects that feed on nutritionally unbalanced or poor diets. The insects include cockroaches, Cimicidae and Lygaeidae (Heteroptera), the Homoptera, Anoplura, the Diptera Pupiparia, some formicine ants and many beetles. 2. Most mycetocyte symbionts are prokaryotes and a great diversity of forms has been described. None has been cultured in vitro and their taxonomic position is obscure. Yeasts have been reported in Cerambycidae and Anobiidae (Coleoptera) and a few planthoppers. They are culturable and those in anobiids have been assigned to the genus Torulopsis. 3. The mycetocyte cells may be associated with the gut, lie free in the abdominal haemocoel or be embedded in the fat body of the insect. The mycetocytes are large polyploid cells which rarely divide and the symbionts are restricted to their cytoplasm. 4. The mycetocyte symbionts are transmitted maternally from one insect generation to the next. In many beetles (Anobiidae, Cerambycidae, Chrysomelidae and cleonine Curculionidae), the microoganisms are smeared onto the eggs and consumed by the hatching larvae. In other insects, they are transferred from mycetocytes to oocytes in the ovary, a process known as transovarial transmission. The details of transmission in the different insect groups vary with the age of the mother (adult, larva or embryo) at which symbiont transfer to the ovary is initiated; whether isolated symbionts or intact mycetocytes are transferred; and the site of entry of symbionts to the egg (anterior, posterior or apolar). 5. Within an individual insect, the biomass of symbionts varies in a regular fashion with age, weight and sex of the insect. Suppression of symbiont growth rate and lysis of 'excess' microorganisms may contribute to the regulation of symbionts (including freshly-isolated preparations of unculturable forms) are used to investigate interactions between the partners. However, some methods to obtain aposymbiotic insects (e.g. antibiotics and lysozyme) deleteriously affect certain insects and aposymbionts may differ from the symbiont-containing stocks from which they were derived. 7. The mycetocyte symbionts have been proposed to synthesize various nutrients required by the insect. The symbionts of beetles and haematophagous insects may provide B vitamins and those in cockroaches and the Homoptera essential amino acids. The role of symbionts in the sterol nutrition of insects is equivocal. 8. Mycetocyte symbionts may have evolved from gut symbionts or guest microorganisms. The association is monophyletic in cockroaches but polyphyletic in many groups, including the sucking lice, beetles and scale insects.(ABSTRACT TRUNCATED AT 400 WORDS)     

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？     

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。