两种环腹瘿蜂成虫和幼虫肠道微生物组成及功能初探

作     者：潘中秋 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄健华

授予年度：2020年

学科分类：09[农学] 0904[农学-植物保护] 

主      题：昆虫肠道微生物 果蝇寄生蜂 布拉迪小环腹瘿蜂 异腹小环腹瘿蜂 宏基因组 群落组成 苹果醋杆菌 

摘      要：在自然界中,昆虫的种类是动物类群中最为丰富的。经过长期的协同进化,昆虫与其肠道微生物形成了紧密的互利共生关系。昆虫肠道微生物可参与宿主昆虫的营养、代谢、免疫、发育、生殖和运动等多种生命活动。寄生蜂是一类寄生性昆虫,是许多农业害虫的天敌。目前,对寄生蜂肠道微生物的认识还非常有限,这限制了我们对寄主-寄生蜂互作关系的深入研究以及基于共生菌的生物防治新策略的开发与应用。本文以布拉迪小环腹瘿蜂和异腹小环腹瘿蜂为研究对象,初步探究两种环腹瘿蜂微生物的群落组成及其功能。研究结果如下:1.两种环腹瘿蜂成虫和幼虫肠道微生物的群落组成及相对丰度通过宏基因组注释分析,发现两种环腹瘿蜂成虫和幼虫肠道的微生物均以细菌为主,其中以变形菌门Proteobacteria为绝对优势菌,而真菌和病毒等微生物种类极少。两种环腹瘿蜂幼虫肠道的优势菌属存在较大差异,布拉迪小环腹瘿蜂的优势菌属为醋杆菌属Acetobacter和柄杆菌属Caulobacter,而异腹小环腹瘿蜂的优势菌属有鞘脂菌属Sphingobium和鞘脂单胞菌属Sphingopyxis。但两种环腹瘿蜂雌成虫的优势菌属基本一致,分别是醋杆菌属Acetobacter和鞘脂菌属Sphingobium。对细菌多样性进行比较分析,发现两种环腹瘿蜂幼虫肠道的细菌种类均远多于雌成虫,特别是异腹小环腹瘿蜂中,幼虫肠道细菌种类数目约为雌成虫的两倍。进一步进行宏基因组KEGG功能注释分析,发现两种环腹瘿蜂成虫和幼虫肠道的宏基因组样本均注释到一些重要的代谢通路,包括碳水化合物代谢、氨基酸代谢、能量代谢和脂代谢;同时,我们还发现两种环腹瘿蜂成虫样本注释到这四种代谢通路的细菌中醋杆菌属Acetobacter比例最高,或许醋杆菌属Acetobacter细菌参与了这些代谢通路。同样,COG功能注释分析结果显示所有宏基因组样本中[E]氨基酸转运和代谢以及[C]能量产生与转化两种功能类别均有较高的丰度。另外,碳水化合物活性酶（CAZyme）注释结果表明两种环腹瘿蜂成虫和幼虫肠道的宏基因组样本注释到的主要碳水化合物活性酶均为糖苷水解酶（GH）、糖基转移酶（GT）和碳水化合物酯酶（CE）,这为今后研究微生物碳水化合物的代谢机制提供了方向。2.两种环腹瘿蜂成虫的可培养优势菌通过体外分离培养,成功获得两种优势细菌,分别是苹果醋杆菌Acetobacter pomorum和果聚糖乳杆菌Lactobacillus fructivorans。结合细菌基因组信息,发现两种环腹瘿蜂雌成虫及其寄主果蝇均含有两类***菌株,且以*** SH为主,*** BDGP5的相对含量较低。3.苹果醋杆菌对寄生蜂生长发育的影响两种环腹瘿蜂寄生无菌果蝇后,发现绝大多数寄生蜂幼虫均死于四龄时期,无法正常化蛹、羽化。说明寄主果蝇肠道内细菌对寄生蜂的生长发育很重要。进一步实验,发现给无菌果蝇喂食*** BDGP5和*** SH均可恢复部分寄生蜂幼虫的发育至五龄、化蛹甚至羽化。然而,喂食***对布拉迪小环腹瘿蜂幼虫的发育没有帮助。同时发现,无菌食物中混入1%乙酸对布拉迪小环腹瘿蜂幼虫的发育也有较显著的恢复效果。上述结果说明苹果醋杆菌及其代谢产物乙酸对寄生蜂幼虫的生长发育有重要作用。综上所述,两种环腹瘿蜂成虫和幼虫肠道均含有两类苹果醋杆菌***菌株,且以*** SH为主,*** BDGP5的相对含量较低。同时,苹果醋杆菌及其代谢产物乙酸对两种环腹瘿蜂幼虫的发育都至关重要。本研究为利用共生菌提升寄生蜂生防效果的策略提供理论依据。