白蚁肠道共生微生物的作用:酵母,一个“隐身”的特别菌群

长期以来,白蚁对木质纤维素的降解能力令人惊叹,毫无疑问,其在全球碳循环中扮演着一个十分重要的角色。这一强大功能的实现极大地依赖于一种特别的肠道"消化液(digestome)",它的构成不仅包括了来自白蚁自身产生的木质纤维素降解酶系统,还来源于独特与多样的肠道共生微生物的贡献(包括了古细菌、细菌、酵母以及其他真核生物),它们的协同作用能有效地将木质纤维素生物质高效转化为乙酸、甲烷、二氧化碳、氢气等物质。然而,到目前为止,我们对这类昆虫的独特肠道生物转化系统的认识还很不深入,特别是针对肠道内的那些各类共生微生物菌群的功能、白蚁与共生微生物间的相互关系、以及潜在的科学与应用价值还无法给予明确的科学解释,更不用说针对其肠道中的共生酵母菌群,一类通常被忽略的独特微生物。近20多年来,越来越多的研究证据表明,白蚁肠道共生酵母在与寄主的关系中表现了不可或缺的重要性与独特功能,已被证明广泛分布于不同白蚁及许多其他昆虫的肠道中。随着近20年来越来越多昆虫肠道共生微生物酵母群被发现和鉴定,他们潜在的功能以及与寄主的共生机制被逐步解析,这些研究结果进一步揭示了"隐身"的昆虫肠道酵母类微生物菌群与寄主的营养、关键生物质转化过程中的重要酶系统、转化过程中的关键中间产物的转化与利用、抵御外源性的重要病原物,甚至对白蚁种群繁衍的远缘交配等方面均可能发挥了重要和不可缺少的作用。本文将试图归纳相关研究的最新进展,系统总结与解析白蚁肠道来源共生酵母的重要科学价值及其在不同领域的潜在应用前景。     

白蚁与动物及微生物的共生类型及其机制

综述了白蚁螱客的主要种类、共生关系及相关机制的研究进展。白蚁螱客中,已报道的动物种类达170种。在与动物的共生关系中存在偏利共生（宾主共栖和异种共栖）、互利共生和无关共生三种;在与微生物的共生关系中,存在与内生菌（原生动物、细菌、真菌和放线菌）和外生菌（蚁巢伞菌等）间的互利关系。指出了白蚁与螱客研究中存在的问题,给出了解决方案,并提出了今后可能的研究热点或方向,为白蚁的综合利用（如纤维素酶）及今后研究物种间的协同进化提供了基础资料。     

白蚁肠道共生微生物的作用:酵母,一个“隐身”的特别菌群（英文）

长期以来,白蚁对木质纤维素的降解能力令人惊叹,毫无疑问,其在全球碳循环中扮演着一个十分重要的角色。这一强大功能的实现极大地依赖于一种特别的肠道"消化液(digestome)",它的构成不仅包括了来自白蚁自身产生的木质纤维素降解酶系统,还来源于独特与多样的肠道共生微生物的贡献(包括了古细菌、细菌、酵母以及其他真核生物),它们的协同作用能有效地将木质纤维素生物质高效转化为乙酸、甲烷、二氧化碳、氢气等物质。然而,到目前为止,我们对这类昆虫的独特肠道生物转化系统的认识还很不深入,特别是针对肠道内的那些各类共生微生物菌群的功能、白蚁与共生微生物间的相互关系、以及潜在的科学与应用价值还无法给予明确的科学解释,更不用说针对其肠道中的共生酵母菌群,一类通常被忽略的独特微生物。近20多年来,越来越多的研究证据表明,白蚁肠道共生酵母在与寄主的关系中表现了不可或缺的重要性与独特功能,已被证明广泛分布于不同白蚁及许多其他昆虫的肠道中。随着近20年来越来越多昆虫肠道共生微生物酵母群被发现和鉴定,他们潜在的功能以及与寄主的共生机制被逐步解析,这些研究结果进一步揭示了"隐身"的昆虫肠道酵母类微生物菌群与寄主的营养、关键生物质转化过程中的重要酶系统、转化过程中的关键中间产物的转化与利用、抵御外源性的重要病原物,甚至对白蚁种群繁衍的远缘交配等方面均可能发挥了重要和不可缺少的作用。本文将试图归纳相关研究的最新进展,系统总结与解析白蚁肠道来源共生酵母的重要科学价值及其在不同领域的潜在应用前景。     

白蚁肠道微生物研究方法概述

白蚁是木质纤维素的主要降解者,在森林生态系统碳氮循环过程中发挥着重要作用。白蚁肠道共生微生物主要包括原生生物、细菌、古菌和真菌。在白蚁对木质纤维素进行降解、发酵,从而产生乙酸、氢气和甲烷以及对氮的固定过程中,白蚁肠道共生微生物起着重要的作用。本文对白蚁肠道微生物的研究方法进行总结,概述了各种方法的优缺点,同时对肠道微生物的研究进展进行了总结,以期为白蚁肠道微生物的进一步研究和利用提供参考。     

高效降解木质纤维素的白蚁肠道微生物组

木食性白蚁是自然界木质纤维素的高效降解者,在长期进化过程中白蚁与其肠道微生物组协同作用发展出不同的纤维素降解机制。木食性白蚁具有分别来源于白蚁和共生微生物的两套纤维素酶系统。在低等白蚁中,木质颗粒经过白蚁前、中肠分泌的内源性酶初步消化后,在后肠共生鞭毛虫中被降解为乙酸、二氧化碳和氢。高等木食性白蚁在进化中丢失了鞭毛虫,木质颗粒经白蚁自身分泌的酶初步消化后,在后肠大量共生细菌的帮助下被有效降解。培菌类白蚁利用其菌圃中的蚁巢伞菌和肠道微生物协同作用降解木质纤维素。共生微生物在白蚁的氮素固定与循环、中间产物代谢及纤维素降解等过程中发挥了重要作用。学习和模拟白蚁高效降解木质纤维素的体系,对生物质能源的产业化发展具有积极的意义。     

白蚁肠道共生体的纤维素代谢体系

白蚁是大陆生态系统中木质纤维素降解的生力军,其肠道共生系统纤维素酶对纤维素的消化起到了关键的作用.本文概述了白蚁自身及其肠道共生微生物的纤维素水解系统的特点、相互关系以及相互作用的研究进展.     

培菌昆虫相关放线菌的次级代谢产物研究进展

昆虫共生微生物是一种特殊的微生物资源,其中放线菌在昆虫肠道、体表和巢穴中广泛分布。近年来,人们从培菌昆虫来源的放线菌中分离得到多种新型化合物,可以选择性抑制菌圃的致病真菌,部分还对植物致病真菌、昆虫致病真菌、人类病原菌和癌细胞有抑制活性。因此,研究培菌昆虫相关微生物不仅有助于了解宿主与微生物的共生机制,还能发掘新的活性物质,用于生物农药、生物医药的开发。本文对培菌昆虫来源放线菌次级代谢产物的研究进展进行了综述。     

低等白蚁肠道共生微生物的多样性及其功能

低等白蚁肠道里存在着复杂的微生物区系,包括真核微生物鞭毛虫和原核生物,细菌及古细菌。低等白蚁的后肠以特别膨大的囊形胃及其氢氧浓度的明显梯度分布和丰富的微生物区系为特征,是白蚁进行木质纤维素消化的主要器官。后肠内的鞭毛虫能将纤维素水解并发酵为乙酸,二氧化碳和氢,为白蚁提供营养和能源。系统发育研究表明,低等白蚁肠道共生细菌的主要类群为白蚁菌群1、螺旋体、拟杆菌,低G C mol%含量的革兰氏阳性菌和紫细菌等。而古细菌主要为甲烷短杆菌属的产甲烷菌。共生原核生物与二氧化碳的还原和氮的循环等代谢有关。但肠道共生微生物的具体功能和作用机制还有待进一步的揭示。     

实蝇肠杆菌科共生菌的研究进展

实蝇与体内微生物的共生关系是目前较受关注的研究课题。其中,肠杆菌科细菌是这些内共生微生物中的重要一类,广泛存在于实蝇肠道和生殖系统中。研究证明,共生肠杆菌科细菌在参与实蝇的碳氮循环、营养代谢、生殖免疫及生物防治等方面都发挥着极大的作用。近年来,人们利用分子生物学技术已鉴定出部分实蝇内共生肠杆菌科细菌的类群,发现许多优势的益生肠杆菌种和代谢产物,它们能增强实蝇的健康,提高昆虫不育技术的应用高效性。本文对实蝇共生肠杆菌科细菌的种类、分布和作用,以及它们在不育昆虫技术中的应用进展作一综述,这不仅有助于人们更深入地了解宿主与共生菌群落间的互作关系,而且对人类开发新型实蝇防治饵剂以及将此类共生益生菌应用于实蝇不育技术有重要意义。     

果蝇肠道共生菌对宿主作用的研究进展

肠道共生菌是动物体内的重要组成部分,在宿主的生长发育和健康等方面发挥着重要作用,近年来已成为国内外的研究热点.果蝇作为研究肠道微生物菌群功能的优秀模型,在肠道共生菌与宿主关系研究方面已取得许多重要进展.在本文中,我们首先对果蝇肠道微生物的组成和特征作了总结,然后对果蝇肠道共生菌在其生长发育、营养与代谢、行为反应、寿命以...     

Lignocellulose degradation by microorganisms from termite hills and termite guts: A survey on the present state of art

Abstract: In several aspects termites are a fascinating group of insects having attracted the interest of many researchers. They exhibit a complex social behavior and caste differentiation occurring elsewhere only among the hymenoptera. In an enlarged part of the hindgut, the paunch, termites have established a unique symbiotic association with prokaryotic and eukaryotic microorganisms. A similar flora is also found in wood-eating roaches of the genus Cryptocercus . The study of symbiosis between termites and their intestinal microbes is of general interest, because due to this symbiotic interaction termites can feed on complex biopolymers such as wood. Flagellates and bacteria occur in the gut of lower termites, while higher termites possess only bacteria. In particular spirochetes are abundant in the termite gut. Apart from spirochetes and other more common bacteria, actinomycetes, yeasts and fungi have also been isolated from different species of termites. This review summarizes the distinct role of the intestinal flora in degradation of wood components such as cellulose, hemicellulose and lignin.     

Use of carbon and nitrogen isotope ratios in termite research

In this paper, I review carbon and nitrogen isotopic (natural abundance levels) studies of termites. The carbon isotope ratio of CH₄ emitted from termites, together with the emission rates of CO₂, CH₄ and H₂, showed several trends corresponding to the kinds of symbiotic microbes and feeding habits. The fraction of methane oxidized in the nest structure was estimated by comparing carbon isotope ratio of CH₄ emitted from the nest with that produced by termites in the nest. Symbiotic nitrogen fixation in the gut of termites has been shown to have a significant contribution to the nitrogen economy in some wood-feeding termites. The carbon isotope ratio distinguishes between C4 from C3 plants, and the fractional contribution of grass in the diet can thereby be estimated. The carbon and nitrogen isotope ratios in termites are discernible among soil-feeders, fungus cultivators and wood-feeders. Wood/soil-interface feeders have intermediate values between wood- and soil-feeders, and thus carbon and nitrogen stable isotope ratios are assumed to characterize the degree of humification of the material consumed by termites. It is suggested that carbon and nitrogen isotope ratios are useful indicators of the functional position of termites in the decomposition process. A similar isotope pattern has been obtained in earthworms, suggesting that isotope signatures might be useful parameters in investigating detritivorous animals in general.     

Specific features of nitrogen fixation in the termite Reticulitermes lucifugus

Nitrogenase activity, abundance of diazotrophic bacteria, and structural and functional parameters have been determined in microbial complexes of three populations of the termite Reticulitermes lucifugus and their nest materials. These data have been used for comparative analysis of nitrogen-fixing microorganism communities in termite guts and in nest materials from different termite populations. Similarities in the structure and other parameters of these communities have been revealed. The taxonomic composition of microbial communities differs among the populations, but the functional properties of these communities are almost identical. It is concluded that no symbiotic (mutualistic) relationship exists between nitrogen-fixing intestinal bacteria and their host termites.     

白蚁消化系统转化和降解木质纤维素酶研究进展

木质纤维素是地球上最丰富的有机聚合物,白蚁是古老但进化最成功的高效木质纤维素降解者之一。了解白蚁降解高度抗性植物聚合物的机制对工业上生物质能源转化和生物仿生设计有重要的借鉴和指导价值。白蚁和其共生微生物产生的木质纤维素酶在其转化利用木质纤维素上发挥着重要作用。本文从来源作用方面对白蚁自身及其肠道原虫、细菌和真菌产生的纤维素酶、木聚糖酶和漆酶等酶研究概况进行了总结,对其存在的问题和前景进行了展望。本综述有助于全面了解白蚁消化系统木质纤维素酶的基因种类、来源、分布、表达以及酶活性和功能。     

白蚁及共生微生物木质纤维素水解酶的种类

白蚁是热带生态系统重要的木质纤维素降解者。白蚁种类丰富,可分成高等白蚁和低等白蚁,食性也具有各自特点。白蚁自身可以产生纤维素酶,主要是GHF9的内切葡聚糖酶(EG),也有β-葡萄糖苷酶(GB)。低等白蚁共生的原虫中已发现丰富的纤维素酶基因,属于GHF5,7和45。同时还有其他相关功能基因,如木聚糖酶和果胶类物质水解酶。高等白蚁肠道中没有共生原虫。高等培菌白蚁可以利用共生蚁巢伞属真菌促进木质纤维素降解,真菌可以产生纤维素酶,果胶质水解酶类、木聚糖酶,同时还产生可能与木质素分解相关的一种漆酶,但是从分子水平,关于共生真菌纤维素水解酶的研究还较少。白蚁肠道已分离出许多具有木质纤维素降解能力的菌株,最近的研究也发现了大量细菌纤维素酶基因。白蚁-共生系统丰富的木质纤维素水解酶类为发展生物方法开发纤维素乙醇这一思路提供有价值的资源。