近日，浙江大学邵勇奇课题组在PNAS期刊正式发表题为“Gut bacteria of lepidopteran herbivores facilitate digestion of plant toxins”的学术论文。该研究选取中国特有的蚕桑体系作为模型，首次明确证明了鳞翅目昆虫的肠道微生物能够协助宿主分解植物的防御性次生代谢物，并深入探讨了这一过程的分子机理。这项成果不仅为未来利用益生菌改善家蚕等特有经济动物的生产性能提供了科学依据，同时也可能为开发针对农业害虫的生物防控措施带来新的启示。
研究人员考察了桑树产生的次生代谢物——1-脱氧野尻霉素(DNJ)对包括家蚕在内的七种鳞翅目昆虫生长发育的具体影响，结果显示，除了家蚕以外，其他六种昆虫的生长均因摄入DNJ而受到不同程度的负面影响。借助高通量测序技术和培养组学方法，他们成功分离并鉴定了在家蚕摄取DNJ后其肠道中显著增加的一种细菌——黄褐色假单胞菌(Pseudomonas fulva ZJU1)，并通过体外实验确认了该菌株具备高效的DNJ降解能力。此外，当向DNJ处理下的甜菜夜蛾补充P. fulva ZJU1时，观察到了该昆虫生长状况的明显改善。
利用转录组学和高分辨率质谱技术，进一步锁定了P. fulva ZJU1降解DNJ过程中的核心基因及其代谢路径。研究表明，P. fulva ZJU1通过一系列氧化还原反应将DNJ转化为L-天冬氨酸半醛，进而参与到三羧酸循环中用于能量产生。通过CRISPR-Cas9技术对这些关键基因进行敲除实验，验证了其中一种基因（ΔilvB，焦磷酸硫胺素结合蛋白）对于DNJ降解的重要性。使用Biacore技术检测到此蛋白质能够与DNJ结合，从而在其细胞内部发挥作用。当用缺失了该基因的细菌喂养昆虫时，发现DNJ对其生长产生了抑制效果，这表明肠道内的共生细菌确实能帮助昆虫对抗植物的防御性次生物质。有趣地是，研究还发现从桑叶中分离出的多种假单胞菌同样拥有降解DNJ的能力，这提示我们昆虫可能通过获取植物上的细菌来抵抗有害的植物次生代谢物，这种现象类似于中国古代《韩非子》书中的哲学思想“以子之矛，攻子之盾”。
浙江大学动物科学学院博士生张楠为论文第一作者，邵勇奇研究员为通讯作者。浙江大学化学系范杰教授参与研究工作。这项工作得到了国家自然科学基金、现代农业产业技术体系建设专项资金和浙江省自然科学基金资助。
