以子之矛，攻子之盾！中科院副研究员在微生物期刊（IF5y=17.9）发表“害虫—微生物—植物”相互作用新进展

学术 2024-11-18 09:29 北京

草地贪夜蛾利用玉米内生菌作为“益生菌”代谢丁布类化合物并促进其生长

草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）是全球玉米稳产增产的重大威胁。玉米会产生丁布类化合物（benzoxazinoids，BXs）作为抵御草地贪夜蛾的主要次生代谢产物。然而，人们此前并不清楚草地贪夜蛾消化系统中的某些内生菌是否能够以及如何代谢 Bxs，进而在其取食玉米叶片时增强其适应性。研究人员以 Bxs 作为唯一碳氮源，成功从草地贪夜蛾幼虫的肠道中分离出了泛菌属的分散泛菌（Pantoea dispersa）。通过绿色荧光蛋白（GPF）标记发现，该菌能够在玉米的根和叶片内定殖，并且在草地贪夜蛾幼虫取食标记GFP的玉米叶片后，成功定植于马氏管和肠道中。

值得注意的是，这种关系一旦建立，分散泛菌能够通过草地贪夜蛾的卵实现垂直传播，这意味着草地贪夜蛾具备将来源于玉米的内生菌转化为可跨代传播的共生细菌的潜力。大面积地理区域的调查进一步证实，分散泛菌在草地贪夜蛾肠道和玉米叶片中广泛存在，显示其在田间环境中较强的适应性进化能力。通过测定草地贪夜蛾幼虫肠道和粪便中的BXs，结合在玉米 bx2 突变体上开展的生物测定实验，研究发现分散泛菌的定殖能够通过代谢 Bxs（而非其他代谢产物）来促进草地贪夜蛾幼虫的生长。此外，通过基因组和转录组分析发现，质粒携带的基因而非其染色体上的基因在BXs代谢中起关键作用。通过体外原核表达质粒上的两个候选基因，研究进一步验证了这一结论。

该项研究表明，草地贪夜蛾能够将玉米内生菌转化为自身的 “益生菌”，进而对 Bxs代谢解毒并促幼虫生长。这揭示了鳞翅目害虫的一种全新策略 —— 将宿主植物的 “盟友” 转化为自身的“盟友”，这不仅有助于解释草地贪夜蛾的快速蔓延，同时也加深了我们对“害虫 - 微生物 - 植物”相互作用背后生态过程及进化机制的理解。

相关研究成果近期发表在国际微生物学期刊Microbiome（IF5y=17.9）上，中国科学院昆明植物研究所齐金峰副研究员为该论文第一作者，西南林业大学王行研究员为该论文通讯作者。该工作得到了中科学西部之光项目、云南省应用基础研究计划以及云南省创新团队等项目的资助。

文章链接：https://link.springer.com/article/10.1186/s40168-024-01957-z?utm_source=rct_congratemailt&utm_medium=email&utm_campaign=oa_20241116&utm_content=10.1186/s40168-024-01957-z

图分散泛菌的分离、对丁布的代谢及在草地贪夜蛾体内的定殖

A：草地贪夜蛾幼虫肠道优势菌群及丰度；B: 以丁布为唯一碳氮源分离纯化肠道菌群；C-D: 分散泛菌代谢丁布主要化合物（C, N分别代表碳源和氮源）；E-G: 草地贪夜蛾幼虫解剖图，荧光显示为马氏管中定植的分散泛菌；H-I: 泛菌进一步在高龄幼虫中定殖在精囊内，以进行垂直跨代传播。

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