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...     

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。     

昆虫肠道防御及微生物稳态维持机制

在长期的进化过程中,昆虫形成了独特的肠道防御系统,主要由物理屏障和免疫系统共同作用来抵御外来微生物的入侵。如大部分后生动物一样,昆虫肠道上皮细胞无时无刻不与微生物接触,其种类从有益的共生菌、随食物进入的微生物到影响宿主生命的病原菌。在这样一种复杂的环境中,为了实现防御肠道病原微生物的同时又能维持共生微生物稳定的目的,宿主肠道上皮细胞必须在免疫应激和免疫耐受之间保持一种稳态平衡。Duox-ROS免疫系统和免疫缺陷(immune deficiency,Imd)信号通路作为肠道免疫反应的基本途径,必然参与调节此过程。本文从昆虫肠道防御组成、肠道免疫信号通路作用分子机制以及肠道免疫系统在肠道微生物群落稳态维持中的作用的最新研究进展进行综述。     

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…     

昆虫对植物次生性物质的适应策略

植物次生性物质是植食性昆虫在取食过程中遇到的主要障碍之一,也是天敌昆虫寻找寄主或猎物的主要信息来源。当今,昆虫学中的一些重要理论问题,如寄主植物的识别,食性的形成,植物求救信号的释放,天敌对寄主或猎物的识别和寻找机制等等,均与植物次生性物质有关。在长期的演化过程中,昆虫适应了植物次生性物质的种种不利作用,改变了这类物质对植物本身的防御作用,使其能充分地利用各分类阶元的植物次生性物质作为寻找寄主植物、昆虫寄主或猎物以及取食的信号。昆虫与植物次生性物质的这种关系是当今协同演化理论得以产生的主要依据之一。关于昆…     

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。     

昆虫内共生菌及其传病毒相关GroEL蛋白

昆虫传播的植物病毒种类多、危害大,其传病毒的能力与昆虫体内共生菌产生的GroEL蛋白关系密切,该蛋白是分子伴侣hsp60家族的成员,对病毒进入昆虫血体腔免遭破坏起着保护作用,也与昆虫传病毒的专一性有关。本对昆虫内共生菌及其产生的GroEL进行了综述,并分析了研究内共生菌及其产生的蛋白质的科学意义与发展趋势,为植物病毒病的防治研究提供了新的思路。     

昆虫病原线虫共生细菌的代谢产物

昆虫病原线虫共生细菌寄生于昆虫病原线虫肠道内 ,二者互惠共生。该菌革兰氏染色阴性 ,属肠杆菌科 (Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒｉａｃｅａｅ) ,包含两个属———嗜线虫致病杆菌属 (Ｘｅｎｏｒｈａｂｄｕｓ)和发光杆菌属 (Ｐｈｏｔｏｒｈａｂｄｕｓ)。其中嗜线虫致病杆菌与斯氏线虫 (Ｓｔｅｉｎｅｒｎｅｍａ)共生 ,发光杆菌与异小杆线虫 (Ｈｅｔｅｒｏｒｈａｄｉｔｉｓ)共生。近几年 ,随着对共生菌研究的逐渐深入 ,发现共生菌能产生许多有应用潜力的代谢产物 ,如杀虫蛋白、抑菌物质、抗癌物质、胞外酶、胞内晶体蛋白、色素及荧光素等。特别是…     

昆虫活性氧代谢

昆虫在氧化胁迫下其体内具有一套抗氧化酶和抗氧化剂系统,以抵御活性氧损伤。在氧化胁迫下昆虫体内抗氧化酶系的变化研究相对较多,其中研究最深入的酶是超氧化物歧化酶。另一方面活性氧在昆虫免疫系统中还起到一定的积极防御作用。     

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。     

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。     

Phylogenetic characterization and molecular evolution of bacterial endosymbionts in psyllids (Hemiptera: Sternorrhyncha)

Most sternorrhynchan insects harbor endosymbiotic bacteria in specialized cells (bacteriocytes) near the gut which provide essential nutrients for hosts. In lineages investigated so far with molecular methods (aphids, mealybugs, whiteflies), endosymbionts apparently have arisen from independent infections of common host ancestors and co-speciated with their hosts. Some endosymbionts also exhibit putatively negative genetic effects from their symbiotic association. In this study, the identity of endosymbionts in one major sternorrhynchan lineage, psyllids (Psylloidea), was investigated to determine their position in eubacterial phylogeny and their relationship to other sternorrhynchan endosymbionts. Small-subunit ribosomal RNA genes (16S rDNA) from bacteria in three psyllid species (families Psyllidae and Triozidae) were sequenced and incorporated into an alignment including other insect endosymbionts and free-living bacteria. In phylogenetic analysis, all sequences were placed within the gamma subdivision of the Proteobacteria. Three sequences, one from each psyllid species, formed a highly supported monophyletic group whose branching order matched the host phylogeny, and also exhibited accelerated rates of evolution and mutational bias toward A and T nucleotides. These attributes, characteristic of primary (P) bacteriocyte-dwelling endosymbionts, suggested that these sequences were from the putative psyllid P endosymbiont. Two other sequences were placed within the gamma-3 subgroup of Proteobacteria and were hypothesized to be secondary endosymbionts. The analysis also suggested a sister relationship between P endosymbionts of psyllids and whiteflies. Thus, a continuous mutualistic association between bacteria and insects may have existed since the common ancestor of psyllids and whiteflies. Calculations using a universal substitution rate in bacteria corrected for endosymbiont rate acceleration support the idea that this common ancestor was also the ancestor of all Sternorrhyncha. Compared with other P endosymbiont lineages, the genetic consequences of intracellular life for some psyllid endosymbionts have been exaggerated, indicating possible differences in population structures of bacteria and/or hosts.     

A Cardinium-like symbiont in the proturan Acerella muscorum (Hexapoda)

Endosymbionts of the Cardinium-like genus are described in the testes and other tissues of the proturan Acerella muscorum (Ionescu). Few endosymbionts are present in the large apical cells of functional testes, but they become numerous at the end of the reproductive cycle. They are also found within sperm cells where induce their degeneration. The Gram-negative endosymbionts are characterized by the presence of microtubule-like structures (MLC) in their cytoplasm. It is suggested a possible role of the endosymbionts in the elimination of degenerating sperm cells when the testes activity is ended, thus somewhat playing a role in the timing of the reproductive cycle of the proturan species.     

烟粉虱内共生菌16S rDNA的变异与系统发生

对 5年连续饲养在不同种寄主植物上的B型烟粉虱北京种群的内共生菌 1 6SrDNA基因进行了PCR扩增和测序。结合已知序列 ,构建了不同寄主植物烟粉虱初生内共生菌约 1 0 0 0bp的 1 6SrDNA及次生内共生菌约1 2 5 0bp的 1 6SrDNA的分子系统树。结果表明 ,中国北京不同寄主植物的B型烟粉虱内共生菌及世界其它地区烟粉虱内共生菌可能是同一种的不同生态型 ,内共生菌在其宿主分化后进行了选择 ,之后与其宿主长期共同进化、共同适应 ,为宿主对不同生境的适应提供了一定的基础     

Multiple guests in a single host: interactions across symbiotic and phytopathogenic bacteria in phloem‐feeding vectors – a review

Some pathogenic phloem‐limited bacteria are a major threat for worldwide agriculture due to the heavy economic losses caused to many high‐value crops. These disease agents – phytoplasmas, spiroplasmas, liberibacters, and Arsenophonus‐like bacteria – are transmitted from plant to plant by phloem‐feeding Hemiptera vectors. The associations established among pathogens and vectors result in a complex network of interactions involving also the whole microbial community harboured by the insect host. Interactions among bacteria may be beneficial, competitive, or detrimental for the involved microorganisms, and can dramatically affect the insect vector competence and consequently the spread of diseases. Interference is observed among pathogen strains competing to invade the same vector specimen, causing selective acquisition or transmission. Insect bacterial endosymbionts are another pivotal element of interactions between vectors and phytopathogens, because of their central role in insect life cycles. Some symbionts, either obligate or facultative, were shown to have antagonistic effects on the colonization by plant pathogens, by producing antimicrobial substances, by stimulating the production of antimicrobial substances by insects, or by competing for host infection. In other cases, the mutual exclusion between symbiont and pathogen suggests a possible detrimental influence on phytopathogens displayed by symbiotic bacteria; conversely, examples of microbes enhancing pathogen load are available as well. Whether and how bacterial exchanges occurring in vectors affect the relationship between insects, plants, and phytopathogens is still unresolved, leaving room for many open questions concerning the significance of particular traits of these multitrophic interactions. Such complex interplays may have a serious impact on pathogen spread and control, potentially driving new strategies for the containment of important diseases.