近日,，我院昆蟲(chóng)系統(tǒng)學(xué)與多樣性團(tuán)隊(duì)在半翅目昆蟲(chóng)與共生菌協(xié)同進(jìn)化方面取得新的研究進(jìn)展,，研究結(jié)果以“Symbionts in Hodgkinia -free cicadas and their implications for co-evolution between endosymbionts and host insects”為題,，發(fā)表于美國(guó)微生物學(xué)會(huì)期刊《Applied and Environmental Microbiology》上,，并在2023年（89卷）第12期封面特別推介,。碩士研究生張聞?wù)転樵撜撐牡谝蛔髡撸┦垦芯可跫邀?、黃智和何曉華老師為共同作者,，魏琮教授為通訊作者。
半翅目的頭喙亞目昆蟲(chóng)具有典型的刺吸式口器,，它們?nèi)∈车闹参镏焊缓妓衔?，卻缺少含氮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。因此,，這類昆蟲(chóng)必需依靠體內(nèi)特化的含菌器官——貯菌體——為生長(zhǎng)發(fā)育提供食物中或缺的必需氨基酸及核黃素等物質(zhì),。
此前研究表明，半翅目的蟬科昆蟲(chóng)體內(nèi)含有兩種專性共生細(xì)菌,，分別為擬桿菌門(mén)（Bacteroidota）的 Candidatus Sulcia muelleri（簡(jiǎn)稱 Sulcia ）和α-變形菌門(mén)（Alphaproteobacteria）的 Candidatus Hodgkinia cicadicola（簡(jiǎn)稱 Hodgkinia ）,。但在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中，部分蟬科昆蟲(chóng)的 Ho-dgkinia 被一種類酵母共生真菌（yeast-like fungal symbiont,，簡(jiǎn)稱YLS）替代,。在缺少 Hodgkinia 的蟬科昆蟲(chóng)中，其成蟲(chóng)體內(nèi)的 Sulcia 分布于貯菌體中,，YLS因適應(yīng)性較低而只分布于脂肪體中,。但近期研究表明，樂(lè)蟬族（Sonatini）的斑透翅蟬 Hyalessa maculaticollis 和網(wǎng)蟬蟬族（Polyne-urini）的胡蟬 Graptopsaltria tienta 及黑胡蟬 G. nigrofuscata 成蟲(chóng)的貯菌體中也存在YLS,。
圖1 斑透翅蟬及貯菌體的共生菌組成與分布
研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)樂(lè)蟬族和網(wǎng)翅蟬族的共生菌進(jìn)行系統(tǒng)研究,，揭示出YLS在這兩個(gè)類群的成蟲(chóng)貯菌體中普遍存在（圖1）；貯菌體最初應(yīng)與脂肪體一樣,，是半翅目頭喙亞目昆蟲(chóng)的重要免疫器官,，但在長(zhǎng)期進(jìn)化中逐漸演變?yōu)閷ｉT(mén)容納專性共生菌的含菌器官； Sulcia 的基因組雖然保守穩(wěn)定,，但其16S rRNA基因在樂(lè)蟬族等部分類群中發(fā)生變異（圖2上）,；由線蟲(chóng)草屬（ Ophiocordyceps ）致病性真菌演化而來(lái)共生菌YLS，其系統(tǒng)發(fā)育僅在部分類群與宿主系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系一致,，但整體上差異顯著,，表明YLS在進(jìn)化過(guò)程中分別感染了蟬科不同類群的祖先,，而后又發(fā)生新的分化；在蟬科昆蟲(chóng)進(jìn)化中,，YLS取代 Hodgkinia 及YLS相互替代不斷發(fā)生（前者至少6次,、后者至少7次）（圖2下），這應(yīng)與蟬科昆蟲(chóng)長(zhǎng)期在地下生活（可長(zhǎng)達(dá)十多年）且成蟲(chóng)期非常短暫（僅數(shù)周）相關(guān)——土壤環(huán)境有助于它們反復(fù)感染,、招募微生物,，并與相關(guān)微生物建立共生關(guān)系。該研究為進(jìn)一步解析生境,、習(xí)性不同的刺吸式口器昆蟲(chóng)與共生菌協(xié)同進(jìn)化提供了新信息,。
圖2 宿主昆蟲(chóng)與共生菌 Suclia （上）和YLS（下）的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系比較
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助（Grant numbers 32270496, 32070476）。
原文鏈接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/aem.01373-23
編輯：劉小鳳
審核：郭 軍
