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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

水果害虫斑翅果蝇体内微生物菌群研究进展

斑翅果蝇是一种在全球范围内造成危害的重要水果害虫,其主要分布于亚、美、欧三大洲。斑翅果蝇的产卵器可以刺破水果表皮,将卵产在未完全成熟的水果中,卵孵化为幼虫后,幼虫取食水果,直接降低产量,从而对水果产业造成损失。近年以来,越来越多的研究表明昆虫微生物对宿主昆虫影响很大。例如昆虫微生物可以调控寄主昆虫的生长发育、个体适应性及生殖等。昆虫与其共生微生物间的关系成为昆虫生物学研究的热点内容。本文综述了近些年关于斑翅果蝇微生物多样性的研究,探讨了微生物菌群及内共生菌Wolbachia对斑翅果蝇生长发育、行为、生殖、抗病毒等的影响,以便为寻找控制斑翅果蝇种群的策略提供参考依据。     

节肢动物内共生菌Wolbachia的研究进展

沃尔巴克氏体Wolbachia为母系传播的胞内共生菌,可通过对宿主产生多种调控方式扩大其自身在宿主种群的传播。据推测,有40%~60%的节肢动物都感染有Wolbachia,并可根据不同株系间的系统发育关系将其分为多个超群。为了有助于深入研究Wolbachia对其宿主的调控方式及其调控机制及提出更为有效的害虫生物防治策略,本文综述了节肢动物内共生菌Wolbachia的研究现状。1924年Wolbachia被报道首次发现于尖音库蚊Culex pipiens的生殖组织中,1971年确认其与宿主的胞质不亲和现象有关。Wolbachia可以通过胞质不亲和、杀雄、雌性化、孤雌生殖等作用方式调控宿主的生殖。除生殖调控之外,Wolbachia对宿主的调控方式还包括调控宿主新陈代谢、抵制病原菌、影响宿主生殖力等。Wolbachia调控的胞质不亲和现象可用“修饰-营救”(modification-rescue)模型解释,且已有与Wolbachia诱导宿主胞质不亲和相关的功能基因被报道。wMel株系是首个公布全基因组序列的Wolbachia株系,随后又有数十种不同株系的Wolbachia基因组陆续被破译。wMel株系Wolbachia可起到抑制登革热病毒传播的作用;同时,Wolbachia和昆虫不育技术的结合对白纹伊蚊Aedes albopictus野外种群起到良好的控制效果。鉴于目前节肢动物内共生菌Wolbachia的研究现状,我们认为未来应开展以下研究：(1)Wolbachia基因组及生殖调控作用关键功能基因的研究;(2)Wolbachia与宿主间互作机制的研究;(3)Wolbachia在生物防治方面的应用。     

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。     

Insect symbionts and applications: The paradigm of cytoplasmic incompatibility-inducing Wolbachia

Wolbachia is a group of Gram‐negative, obligatory intracellular and maternally transmitted alpha‐Proteobacteria. They have been reported to establish symbiotic relationships with a great variety of species of the most diverse animal class, the insects, as well as with several other arthropods and with filarial nematodes. The reproductive alterations Wolbachia causes in its hosts account for its widespread distribution. These alterations include parthenogenesis, feminization, male killing, and cytoplasmic incompatibility (CI). CI is the most frequent and best studied effect Wolbachia has on its hosts. CI is a form of male sterility, ultimately resulting in embryo lethality in diplodiploid host species. As a consequence of CI, Wolbachia infections spread and lead to the replacement of uninfected populations. CI was used nearly four decades ago to control important disease vectors with very encouraging results, and a number of more recent studies have confirmed the effectiveness of CI as a pest population suppression tool as well as a driving mechanism. Furthermore, recent advancements in the field encourage the development of Wolbachia‐based methods for the biological control of insect pests and disease vectors of agricultural, environmental and medical importance.     

Intracellular survival strategies of mutualistic and parasitic prokaryotes

Endosymbiotic bacteria closely related to mammalian pathogens are widespread in invertebrates. Mutualistic and parasitic bacteria-host interactions on the various evolutionary levels apparently involve similar factors, indicating that relevant genetic information developed early in evolution. The detailed characterization of symbiotic interactions of bacteria with non-mammalian hosts should provide profound insights into the basic mechanisms of bacteria-host interactions and their evolution.     

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...     

植物内生细菌测定方法的研究进展

伴随全功能体(holobiont)和全基因组(hologenome)概念的出现,植物微生物群落被看作植物全功能体的重要组成部分,其结构和功能逐渐得到研究和解析.内生细菌是植物微生物群落的成员之一,由于其定殖在组织内部而与宿主的接触更为紧密,因而其与植物的相互作用也更加直接、高效且不容易受到环境条件变化的影响.本文介绍了...     

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.     

植物内生细菌生物学作用研究进展

内生细菌是植物内生微生物群的主要成员 ,对寄主植物有促生、防病、固氮等多方面的有益生物学作用 ,还可以作为受体 ,将外源基因携带入植物体内 ;但是有的内生细菌对寄主植物的生长发育等也有不利的影响。由于它们生存在植物体内 ,是生物农药和生物肥料等方面的天然资源菌物 ,具有广泛的研究和应用价值     

Wolbachia属共生细菌及其对节肢动物生殖活动的调控作用

Wolbachia属是广泛分布于节肢动物生殖组织内的一类共生细菌。这些共生菌通过卵的细胞质传播并参与多种调控其宿主生殖活动的机制,包括:诱导生殖不亲和、诱导孤雌生殖、雌性化、雄性致死和调节繁殖力。Wolbachia被认为与性别决定、共生关系和物种形成等重要生物学问题密切相关,是探索这些研究领域的新线索。而且Wolbachia可作为特定的载体对其宿主种群进行遗传调控,如增强寄生蜂在害虫生物防治中的作用,控制线虫引起的疾病传播。该文综述了Wolbachia的形态学及存在部位、基因组结构、系统发育、种的命名、水平传递和Wolbachia对其宿主生殖活动的调控作用,并分析了Wolbachia研究的科学意义和发展趋势,以期引起我国生物学家对Wolbachia研究的注意和快速切入。     

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。