近日,，我院昆蟲系統(tǒng)學與多樣性團隊在半翅目昆蟲與共生菌協(xié)同進化方面取得新的研究進展,，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)表于美國微生物學會期刊《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?，博士研究生王佳麗,、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具有典型的刺吸式口器,，它們?nèi)∈车闹参镏焊缓妓衔铮瑓s缺少含氮營養(yǎng)物質(zhì),。因此,，這類昆蟲必需依靠體內(nèi)特化的含菌器官——貯菌體——為生長發(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,，半翅目的蟬科昆蟲體內(nèi)含有兩種專性共生細菌,，分別為擬桿菌門（Bacteroidota）的 Candidatus Sulcia muelleri（簡稱 Sulcia ）和α-變形菌門（Alphaproteobacteria）的 Candidatus Hodgkinia cicadicola（簡稱 Hodgkinia ）。但在長期進化過程中,，部分蟬科昆蟲的 Ho-dgkinia 被一種類酵母共生真菌（yeast-like fungal symbiont,，簡稱YLS）替代。在缺少 Hodgkinia 的蟬科昆蟲中,，其成蟲體內(nèi)的 Sulcia 分布于貯菌體中,，YLS因適應性較低而只分布于脂肪體中。但近期研究表明,，樂蟬族（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
研究團隊通過對樂蟬族和網(wǎng)翅蟬族的共生菌進行系統(tǒng)研究,，揭示出YLS在這兩個類群的成蟲貯菌體中普遍存在（圖1）；貯菌體最初應與脂肪體一樣,，是半翅目頭喙亞目昆蟲的重要免疫器官,，但在長期進化中逐漸演變?yōu)閷ｉT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基因在樂蟬族等部分類群中發(fā)生變異（圖2上）,；由線蟲草屬（ Ophiocordyceps ）致病性真菌演化而來共生菌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在進化過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,；在蟬科昆蟲進化中,，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）,，這應與蟬科昆蟲長期在地下生活（可長達十多年）且成蟲期非常短暫（僅數(shù)周）相關(guān)——土壤環(huán)境有助于它們反復感染,、招募微生物，并與相關(guān)微生物建立共生關(guān)系,。該研究為進一步解析生境,、習性不同的刺吸式口器昆蟲與共生菌協(xié)同進化提供了新信息。
圖2 宿主昆蟲與共生菌 Suclia （上）和YLS（下）的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系比較
該研究得到國家自然科學基金項目資助（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
