昆虫共生菌及其在病虫害防控中的应用前景

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1、专题：作物病虫害的导向性防控DecodingtheMechanismsofBio-interactionsforTargetedManagementofAgriculturalPests昆虫共生菌及其在*病虫害防控中的应用前景王四宝曲爽中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所上海200032摘要昆虫的种类丰富多样，其体内栖息着大量的微生物。这些微生物与宿主昆虫在长期协同进化过程中形成了相互依存的共生关系。共生菌在昆虫的营养、代谢、免疫和生殖等诸多生理功能上发挥着重要作用，因此，昆虫共生菌是昆虫个体的重要组成部分，全面了解昆虫生命活动必须兼顾昆虫共生菌的作用和影响。同时，昆虫共生菌在开发害

2、虫新型生物防治、废弃物生物降解和虫媒传染病的阻断控制手段中具有重要的应用前景。文章综述了昆虫共生菌的多样性、生物学功能、与宿主相互作用的机制及其在病虫害和虫媒传染病防治上的应用，并对未来研究提出展望。关键词协同进化，肠道菌群，共生菌，昆虫—微生物互作，共生控制DOI10.16418/j.issn.1000-3045.2017.08.008昆虫是地球上种类最为丰富的动物类群，其生态习性多样、分布广泛，对农业生产和[1]人类健康产生了重要的影响。与所有动物一样，昆虫体内也栖居着种类繁多的微生物，它们直接或间接影响昆虫的生理和健康，在昆虫的进化和物种多样性的形成中发挥不可替代的作用。这些微生物主要以

3、肠道菌群（gutmicrobiota）的形式定殖在消化道内，参与了昆[2]虫绝大多数的生命活动，并在昆虫的营养、代谢和免疫等诸多生理功能上发挥重要作用，如调节肠道生理与稳态平衡、从食物中摄取能量、辅助消化食物、合成重要的代谢产物、促进免疫系统的发育与成熟、抵御寄生虫和病原菌的入侵、协助种间与种内通讯、影响交配和生殖等。同时，昆虫肠道微生物的群落结构和代谢活动反过来也会受到宿主遗传因子*资助项目：中科院战略性和肠道微环境等的影响，使得肠道菌群具有多样性和昆虫宿主的特异性。鉴于昆虫肠道微先导科技专项（XDB11010500），国家自然科学基金（31生物的重要功能和应用价值，肠道微生物的研究近年来受

4、到各国学者的极大关注。国外学472044）者已将肠道菌群当作昆虫的一个特殊“多功能器官”，作为昆虫个体的重要组成部分。因修改稿收到日期：2017年7月21日此，若要全面了解昆虫的生命活动，必须兼顾昆虫体内微生物的影响。院刊863专题：作物病虫害的导向性防控近年来，随着昆虫肠道微生物结构及功能研究的不不同昆虫的肠道微生物在数量上也存在很大差异。5断深入，以昆虫营养生理、免疫与感染为中心而开展的成年黑腹果蝇个体的肠道内约有10个细菌，成年蝗虫个6昆虫肠道微生物的研究越来越多。本文简要概述了昆虫体的肠道内约有10个细菌，而成年蜜蜂个体肠道内的细9共生菌的研究进展，重点围绕昆虫共生菌的多样性、生菌数量

5、多达10个。大部分以植物树液为食的昆虫肠道物学功能、与宿主互作机制，以及其在病虫害和虫媒传中细菌虽然很少，但这类昆虫的肠道内含有丰富的细胞染病防治中的应用进行综述，并对未来研究提出展望。内共生菌。而以腐殖质或木屑为食的昆虫，如白蚁、蟋蟀、蟑螂和甲壳虫等，其肠道微生物含量占宿主体内总1昆虫共生菌的多样性[6]菌量的比例最大。而诸如果蝇、蚊子、蚜虫等肠道内微共生菌广泛分布于昆虫的各个部位，根据昆虫种生物含量相对较少的昆虫则具有长而窄的肠道，这种形类和微生物类型的不同，共生菌在昆虫体内的位置和形状的肠道可能有利于宿主更好地吸收营养。式各异。昆虫共生菌主要分为2种：外共生菌和内共生早期昆虫肠道微生物的

6、研究主要依赖于传统的微菌。外共生菌是指生活在昆虫细胞外的微生物，包括附生物分离培养和基于16SrRNA基因的PCR-DGGE、着于昆虫肠壁细胞和游离在肠腔的细菌；内共生菌是指RFLP、16SrRNA探针及16SrRNA克隆文库测序等。有些生活在昆虫组织细胞内的微生物，其中沃尔巴克氏体昆虫肠道微生物在体外培养较为困难，因传统研究手段（Wolbachia）是迄今为止自然界中已知存在最为广泛的的限制，影响了这些未培养微生物的发现。随着生物技革兰氏阴性胞内共生菌，约65%的昆虫天然携带这种细术和高通量测序技术的飞速发展，用于研究基因组学、[3]菌。外共生菌主要以肠道菌群的形式聚集于消化道内。转录组学、

7、蛋白组学以及代谢组学等多组学的新技术和肠道菌群是一个复杂的生态系统，包括细菌、真菌、病新方法已开始应用于肠道菌群结构、功能蛋白组成、代毒和原生动物，其中细菌的种类最为丰富，也是昆虫肠谢活性及代谢通路等研究。这些新技术的发展和应用有道微生物中数量最多的。昆虫肠道结构因种类不同存在利于更好地了解昆虫肠道微生物的多样性和功能。较大差异，可能是昆虫为适应各种特殊生态位和食性而2昆虫共生菌的主要功能长期进化