共生菌与昆虫抗药性

越来越多的研究表明,共生菌与昆虫的抗药性存在一定的联系.在不同的虫菌共生体系中,共生菌和昆虫抗药性联系的表现型存在较大的差异.昆虫对抗药性的生理补偿效应会影响共生菌群落组成.反之,共生菌通过提高宿主的适合度,利用自身的解毒作用或通过免疫系统间接调控宿主的解毒能力来影响宿主昆虫的抗药性.多组学和分子生物学技术的发展有助于对共生菌和昆虫抗药性的联系进行更深入的研究.     

昆虫共生菌对宿主功能研究的方法体系

共生菌可参与昆虫的生理生化过程,影响昆虫的营养、生长发育、解毒作用、天敌防御和免疫能力等。在共生菌对宿主功能的研究中,核心问题是如何从组成复杂的共生菌组中筛选出具有特定功能的共生菌。共生菌对宿主功能的研究模式通常包括:通过共生菌多样性分析,提出差异共生菌对宿主功能的假设;分析并验证特定共生菌在宿主体内的功能。本文围绕共生菌对宿主功能的研究模式,系统地总结和比较昆虫共生菌功能研究的方法和技术,构建昆虫对宿主功能研究的方法体系,以期推进共生菌-宿主联系的研究。     

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。     

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。     

昆虫次生内共生菌Rickettsia研究进展

Rickettsia隶属于变形菌纲Proteobacteria的α亚群立克次体科Rickettsiaceae革兰氏阴性菌,是形态多样的次生真核细胞内共生菌。Rickettsia的功能是多样的,在一些宿主中为营养共生菌,在另一些宿主中为生殖调控因子,或以昆虫为载体的植物病原菌,此外,Rickettsia还能增强宿主抗药性,提高宿主抵御天敌、高温或者其它致死因素的能力。本综述主要从Rickettsia的起源、分类、在昆虫体内的分布、传播方式、与昆虫生殖调控的关系以及基因组进化等方面,简述Rickettsia的研究进展,重点提出了Rickettsia研究中一些尚未解决的问题,期望通过这些研究进一步明确Rickettsia与昆虫之间的互作关系。     

肠道菌群多糖利用及代谢

宿主与肠道共生菌之间存在一种互利共生的关系.肠道共生菌可以代谢宿主自身不能消化的多糖.进入肠道内的多糖是影响肠道共生菌生理状态和组成的重要因素,这些多糖主要来自饮食和宿主的粘膜分泌物.人类饮食中含有几十种不同的膳食多糖,其中大多数不能被人类基因组中编码的酶降解,并进入大肠,供肠道共生菌利用.肠道共生菌将这些不易消化的多...     

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。     

昆虫对植物次生物质的代谢适应机制及其对昆虫抗药性的意义

植物次生物质(plant secondary metabolites)对昆虫的取食行为、生长发育及繁殖可以产生不利影响,甚至对昆虫可以产生毒杀作用。为了应对植物次生物质的不利影响,昆虫通过对植物次生物质忌避取食、解毒代谢等多种机制,而对寄主植物产生适应性。其中,昆虫的解毒代谢酶包括昆虫细胞色素P450酶系（P450s）及谷胱甘肽硫转移酶（GSTs）等,在昆虫对植物次生物质的解毒代谢及对寄主植物的适应性中发挥了重要作用。昆虫的解毒酶系统不仅可以代谢植物次生物质,还可能代谢化学杀虫剂,因而昆虫对寄主植物的适应性与其对杀虫剂的耐药性甚至抗药性密切相关。昆虫细胞色素P450s和GSTs等代谢解毒酶活性及相关基因的表达可以被植物次生物质影响,这不仅使昆虫对寄主植物的防御产生了适应性,还影响了昆虫对杀虫剂的解毒代谢,因而改变昆虫的耐药性或抗药性。掌握昆虫对植物次生物质的代谢适应机制及其在昆虫抗药性中的作用,对于明确昆虫的抗药性机制具有重要的参考意义。本文综述了植物次生物质对昆虫的影响、昆虫对寄主植物次生物质的代谢机制、昆虫对植物次生物质的代谢适应性对昆虫耐药性及抗药性的影响等方面的研究进展。     

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。     

果蝇细胞内共生菌Wolbachia研究进展

Wolbachia是一类存在于包括绝大多数昆虫在内的节肢动物以及线虫体内的细胞内共生菌,通过母系传递给子代。该菌能以多种方式调控宿主的生殖活动,包括诱导细胞质不亲和、孤雌生殖、杀雄、雌性化和增加雌性生殖力。本文对Wolbachia的基础生物学及其分布、以及该菌对宿主果蝇的影响等进行了评述,并对与果蝇相关的Wolbachia的研究现状及趋势进行了讨论。     

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。     

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。     

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。     

本期重点推介

已有研究表明,昆虫体内解毒酶的解毒能力增强是昆虫对杀虫剂产生抗性的主要原因之一,而昆虫的抗药性在不同性别之间存在差异。苏州大学医学部和蚕桑研究所刘海涛等选用家蚕Bombyx mori     

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。     

昆虫内共生菌在昆虫防御中的作用

共生菌在昆虫体内的生长、繁殖过程中起着十分重要的作用,如营养功能、解毒作用、调控生殖及与寄主适应性等等。近些年,一些学者提出了共生菌在寄主抵御天敌等逆境的胁迫时也具有重要的作用。其在寄主防御中的作用可分为3类:(1)昆虫体内共生菌能产生具有抗真菌作用的代谢物,能够抵御病原真菌的入侵,提高寄主的适应性。(2)昆虫抵御寄生蜂的作用与其体内的共生细菌密切相关。(3)共生菌也能产生有毒物质保护寄主免于被捕食。昆虫共生菌在寄主防御中的作用机制除了产生抗菌物质和聚酮类等有毒物质外,还可能通过与水平传播的寄生物(horizontal transmission parasites,HTPs)竞争寄主资源来直接保护寄主。对共生菌的作用的深入研究将有可能进一步明确其功能,并加以利用。     

16S rDNA文库法分析甜菜夜蛾中肠共生菌组成

昆虫共生菌在宿主昆虫的生长、发育及适应环境方面具有重要作用。因此,本文利用16S rDNA文库随机测序法分析了甜菜夜蛾Spodoptera exigua(Hübner)初孵幼虫和1日龄整个虫体、3龄幼虫中肠和5龄幼虫中肠的细菌菌群组成,以探究甜菜夜蛾共生菌可能存在的作用。结果显示,在甜菜夜蛾中发现了12种共生细菌,其中有1种共生细菌只能鉴定到伯克氏菌目Burkholderiales;有3种可以鉴定到科,分别是丛毛单胞菌科Comanonadaceae、肠杆菌科Enterobacteria和草酸杆菌科Massilia;剩余8种均可以鉴定到属,分别是不动杆菌属Acinetobacter、噬酸菌属Acidovorax、噬氢菌属Pelomonas、埃希氏菌属Escherichia、柠檬酸杆菌属Citrobacter、肠球菌属Enterococcus、丛毛单胞菌属Cruvibacter和肠杆菌属Enterobacter。在得到的571条有效序列中,不动杆菌属Acinetobacter相对丰度最高,占72.3%,属于优势共生菌。其次是噬氢菌属Pelomonas和噬酸菌属Acidovorax分别占12.8%和5.6%,剩余种类的相对丰度均低于5%。本研究结果证明甜菜夜蛾中存在多种共生细菌,且其种类和相对丰度随甜菜夜蛾生长发育呈动态变化。其中不动杆菌属Acinetobacter作为优势共生菌具有对多种抗生素天然耐药性的重要特征,这为研究甜菜夜蛾为何易产生较强抗药性的机理提供了新思路,也为甜菜夜蛾的微生物防治研究奠定了基础。