植菌昆虫及共生真菌共生机制

大约4-6千万年前,3种昆虫类群：白蚁、蚂蚁及食菌甲虫独立进化了培植真菌作为食物的能力,完成了从收集、捕获到主动种植真菌作为食物的生活方式的转变。“耕种”的生活方式最终使得这些昆虫占据重要的生态位。这3类昆虫种植真菌的过程具有明确的人类农业的特点,包括接种、培育、收获以及对培养物的营养依赖。围绕这些环节,昆虫适应不同的功能而进行分工合作,同时通过与一类放线菌共生,利用其产生抗生素来保护菌圃。切叶蚁（attine ant）及其共生真菌、白蚁（termite）及其共生蚁巢伞、食菌甲虫（ambrosia beetles）及其共生真菌是典型的被广泛研究的真菌和昆虫共生体系。而这种培植真菌的能力并不仅仅存在于以上3类昆虫中。植菌卷叶象甲Euops chinensis精心制作叶苞并接种储菌器真菌;蜥蜴甲虫Doubledaya bucculenta以及树蜂Sirex spp.也存在接种共生真菌作物的行为。从本质上讲,昆虫的真菌培植体系与人类的农业体系非常类似,因此对于种植真菌昆虫的系统研究能够为应对全球粮食短缺和农业持续高产提供一些有价值的参考。     

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。     

昆虫共生菌研究进展

昆虫与微生物的共生是一种普遍存在的现象,与昆虫共生的微生物从形态学或生活史上可大致分为三大类:细菌、酵母和立克次氏体.     

昆虫共生菌的次级代谢产物研究进展

微生物与昆虫的共生是一种普遍现象,昆虫种类繁多,与昆虫共生的微生物也多种多样。昆虫共生菌是活性次生代谢产物的重要来源。本文对自2008年以来已报道的177个昆虫共生菌的次级代谢产物进行了统计和分析,结果表明:61.6%的化合物为新天然产物(生物碱类新化合物最多),其中,约75%的新化合物来源于昆虫共生真菌,25%来源于细菌;醌酮类化合物是昆虫共生菌源天然产物的主要结构类型,占23.2%;47.5%的化合物具有显著的抗肿瘤、抗菌、除草和抗氧化等生物活性,且化合物中的主要活性类型是抗菌和抗肿瘤活性,活性范围覆盖面最广的结构类型是生物碱类。以上结果表明昆虫共生菌的次级代谢产物是先导性化合物的重要来源且具有丰富的生物活性类型。本文以天然产物的结构分类为切入点,结合其研究菌株来源、生物活性等进行综述,旨在为充分挖掘昆虫共生菌次级代谢产物提供重要参考。     

不同昆虫寄主对昆虫病原线虫共生菌的敏感性比较

用菜青虫、棉铃虫、甜菜夜蛾、玉米螟、粘虫、黄粉虫等 6种昆虫对 1 0株昆虫病原线虫共生菌进行了敏感性测定。结果表明 :供试菌株对 6种昆虫都有胃毒活性 ,不同菌株对同一种昆虫的毒力差别较大 ,同一菌株对不同昆虫差别也很大。 1 0株菌在 1 2 0h对菜青虫的校正死亡率和体重抑制率均最高 ,显然是最敏感的寄主。在 1 0株共生菌中 ,XenorhabdusnematophilaHB3 1 0 5 9菌株的胃毒活性最高。     

昆虫病原线虫共生菌杀虫毒素研究进展

对昆虫病原线虫共生菌杀虫毒素的种类、与口服毒性有关的杀虫毒素以及口服毒性与杀虫毒素基因的关系等研究进展进行了综述,并对未来的研究方向提出了作者的见解。     

昆虫病原线虫共生菌Tc毒素研究进展

来自昆虫病原线虫共生菌的Tc毒素是一类多亚基组成的高分子蛋白复合物,对多种农业害虫具有广谱的胃毒活性,这类毒素与目前已知的其它杀虫蛋白同源性非常低,有可能成为新的杀虫资源。本文对来自昆虫病原线虫共生菌的Tc毒素的特性、作用模式等方面的国内外研究进展进行了综述。     

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。     

植菌昆虫与其共生真菌协同进化分子机制

昆虫菌业（fungiculture）是一种类似于人类种植业的昆虫种植体系,包括种植、耕作、收获和营养依赖4个过程,可分为高级的社会性昆虫如切叶蚂蚁、白蚁等和低级的非社会性昆虫如食菌小蠹虫、卷叶象甲、蜥蜴甲虫、树蜂等,它们均能种植并取食真菌。近年来随着组学及微生物组技术的发展,植菌昆虫与其共生真菌协同进化的分子机制研究方面取得了重要进展。系统发育分析阐明了植菌昆虫的起源与进化历程,并显示出与共生真菌系统发育的一致性;共生真菌细胞核数量也从双核增加到最多17个核,而染色体倍型也从单倍体增加为二倍体甚至多倍体;组学分析则揭示了植菌昆虫与其共生真菌在精氨酸、碳水化合物、木质素及几丁质合成或降解等方面显示出了高度的协同进化。本文系统综述了植菌昆虫及其共生真菌的系统进化、核进化及基因组进化进展,并探讨这种协同进化机制的生物学意义。     

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。     

Metacommunity theory for transmission of heritable symbionts within insect communities

Microbial organisms are ubiquitous in nature and often form communities closely associated with their host, referred to as the microbiome. The microbiome has strong influence on species interactions, but microbiome studies rarely take interactions between hosts into account, and network interaction studies rarely consider microbiomes. Here, we propose to use metacommunity theory as a framework to unify research on microbiomes and host communities by considering host insects and their microbes as discretely defined “communities of communities” linked by dispersal (transmission) through biotic interactions. We provide an overview of the effects of heritable symbiotic bacteria on their insect hosts and how those effects subsequently influence host interactions, thereby altering the host community. We suggest multiple scenarios for integrating the microbiome into metacommunity ecology and demonstrate ways in which to employ and parameterize models of symbiont transmission to quantitatively assess metacommunity processes in host‐associated microbial systems. Successfully incorporating microbiota into community‐level studies is a crucial step for understanding the importance of the microbiome to host species and their interactions.     

Gut compartments and ovary bacterial symbionts of the Sunn pest

The Sunn pest, Eurygaster integriceps (Hemiptera: Scutelleridae), is the severe pest of cereals, especially of wheat in many parts of the world. Many insect species, including the Sunn pest that feed solely on nutritionally restricted diets, harbor symbiotic microorganisms. In the current study, we isolated and identified the Sunn pest bacterial symbionts of gut fractions and ovary. The phylogenetic analysis indicated that Sunn pest gut bacterial symbionts are polyphyletic and contained a taxonomic diversity belonging to three different phyla, including Firmicutes, Tenericutes, and Proteobacteria. Firmicutes was represented by Enterococcus, Proteobacteria by Pantoea and Acetobacteraceae, and Tenericutes by Spiroplasma. We isolated and identified Enterococcus, Acetobacteraceae, Spiroplasma and Pantoea from Sunn pest different gut compartments, and Pantoea from ovaries. There was considerable overlap between recognized symbionts from the 2nd and 3rd midgut sections (Acetobacteraceae), the 4th midgut section and hindgut (Spiroplasma), and 4th midgut section and ovary (Pantoea). Niche heterogeneity within a microbial habitat of gut fractions resulted in colonizing and adaptation of various communities of symbionts in each fraction. The Sunn pest gut compartments and ovary symbionts have been demonstrated to be of multiple evolutionary origins. This diversity may be of great importance to the Sunn pest fitness and survival in various overwintering niches.     

共生微生物对昆虫化学感受的影响北大核心

共生微生物通过影响昆虫信息化合物的合成或感受来调控宿主的化学通讯,进而影响昆虫的交流、防御、捕食和扩散行为。这种调控作用有助于共生微生物的扩散,但对宿主可能是有利的,也可能是有害的,并为共生体系的协同进化提供动力。本文围绕近年来共生微生物对昆虫化学感受的影响及其机制展开综述,并分析其进化意义,旨在为昆虫化学生态学理论提供补充,并为开发新的害虫防治策略提供思路。     

Vertical transmission of cyanobacterial symbionts in the marine sponge Chondrilla australiensis (Demospongiae)

The cyanobacterial symbionts of the marine sponge Chondrilla australiensis (Demospongiae) were examined using fluorescent microscopy and Transmission Electron Microscopy. Unicellular cyanobacteria with ultrastructure resembling Aphanocapsa feldmannii occur in the cortex and bacterial symbionts are located throughout the mesohyl. In C. australiensis, the developing eggs are distributed throughout the mesohyl and are surrounded by nurse cells attached to them by thin filaments. The nurse cells form cytoplasmic bridges with the eggs, apparently releasing their contents into the egg cytoplasm. The presence of cyanobacterial and bacterial symbionts inside developing eggs and nurse cells in 25% of female Chondrilla australiensiswas established using Transmission Electron Microscopy, suggesting that these symbionts are sometimes passed on to the next generation of sponges via the eggs.     

Vertical transmission of hepatitis B virus in Culex quinquefasciatus

An investigation of the vertical transmission of hepatitis B virus (HBV) in Culex quinquefasciatus Say revealed the presence of low levels of the virus in adult F1 progeny from the first ovarian cycle of mosquitoes infected by feeding on HBV positive human blood. HBV was not transmitted vertically during the second, third and fourth ovarian cycles nor to the F2 generation. The salivary glands, ovaries and faeces of the F1 generation did not contain detectable levels of HBV. Progeny of female Cx quinquefasciatus mated with F1 males were negative for HBV.     

昆虫免疫致敏研究进展

通常认为昆虫缺少获得性免疫(acquired immunity)且完全依赖天然免疫系统(innate immune defense system)来应对病原微生物的感染。然而越来越多的研究表明,昆虫等无脊椎动物早期的病原菌感染经历能够增强后期遭遇病原感染时的免疫力,这种现象称为免疫致敏(immune priming)。类似于脊椎动物的获得性免疫,一些昆虫在致敏后可以展现出极大程度的特异性和记忆性,致敏保护效应甚至可以达到种或菌株水平的特异性,并且可以跨代传递。昆虫在体内缺乏获得性免疫分子元件的基础上,仍然可以实现免疫的记忆性和特异性,说明昆虫的天然免疫系统存在独特的机制来调控该过程。本文综述了昆虫免疫致敏和跨代传递的研究进展,探讨了昆虫免疫致敏发生的特定条件及影响因素,并对昆虫免疫致敏和跨代传递的潜在调控机理进行了阐述。此外,免疫致敏本身可能是耗能的过程,本文也从致敏可塑的角度探讨了致敏反应的适应性代价。最后,对昆虫免疫致敏未来的研究方向以及在害虫防治中的应用前景进行了展望。     

昆虫鞣化激素研究进展

鞣化激素是调控昆虫体壁黑化及翅伸展的一类激素, 是由BURS和PBURS两个亚基组成的一种异源二聚体蛋白质。BURS和PBURS亚基在结构及其进化上相对较为保守, 氨基酸序列中均含有11个半胱氨酸残基。鞣化激素主要是在胸腹神经节中合成的, 一旦释放到血淋巴就与其受体LGR2结合进而激活cAMP/PKA信号, 从而促进酪氨酸羟化酶(tyrosine hydroxylase, TH)的磷酸化。活化后的TH将酪氨酸(tyrosine)转变为多巴（DOPA）, 引起昆虫表皮鞣化。同时, cAMP/PKA信号也引起翅真皮细胞凋亡从而促进翅的伸展。除了鞣化激素异聚体调控表皮鞣化及翅的伸展外, BURS亚基或PBURS亚基组成的同源二聚体经IMD路径, 激活转录因子Relish调控昆虫的免疫反应。本文就鞣化激素分子结构特性、 作用机制及功能等方面的研究进展进行了综述, 旨在为进一步研究昆虫鞣化激素提供借鉴和参考。