草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）对全球玉米生产构成了严重威胁。为了防御这种害虫，玉米会生成一种名为丁布类化合物（benzoxazinoids, BXs）的次级代谢物。不过，之前科学家们并不了解草地贪夜蛾消化道内的某些内生菌是否能代谢BXs，以及这些内生菌如何帮助草地贪夜蛾在食用玉米叶子时提高生存率。
最新研究中，科研人员使用BXs作为唯一的碳氮来源，成功从草地贪夜蛾幼虫的肠道中分离出了一种名为分散泛菌（Pantoea dispersa）的细菌。利用绿色荧光蛋白（GFP）标记技术，研究者观察到这种细菌不仅能定植于玉米的根部和叶片中，而且当草地贪夜蛾幼虫摄食了带有GFP标记的玉米叶后，该细菌也能成功定植于幼虫的马氏管和肠道内。
更有趣的是，一旦建立了这种关系，分散泛菌可以通过草地贪夜蛾的卵进行垂直传递，这意味着草地贪夜蛾有能力将来自玉米的内生菌转变为可以跨代传递的共生伙伴。广泛的地理分布调查显示，分散泛菌普遍存在于草地贪夜蛾的肠道和玉米叶片中，表明其具有强大的环境适应性和进化能力。通过检测草地贪夜蛾幼虫肠道和排泄物中的BXs含量，并结合在玉米bx2突变体上进行的生物测试实验，研究团队发现，分散泛菌的定植可通过代谢BXs（而不是其他代谢物）来促进草地贪夜蛾幼虫的成长。进一步的基因组和转录组分析表明，在BXs的代谢过程中，起主要作用的是位于质粒上的基因，而非染色体上的基因。通过在体外表达这两个候选基因，研究者验证了这一点。
这项研究揭示了一个新的现象：草地贪夜蛾能够将其宿主植物的内生菌转化为自己的“益生菌”，通过代谢BXs来解除毒性并促进幼虫成长。这不仅为草地贪夜蛾的迅速扩散提供了可能的解释，也深化了我们对“害虫-微生物-植物”三者之间相互作用的生态过程及其进化机制的认识。
相关研究成果近期发表在国际微生物学期刊Microbiome上，中国科学院昆明植物研究所植物与其它生物互作专题组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。该工作得到了中国科学院西部之光项目、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。
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
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