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The endosymbiont serratia symbiotica improves aphid fitness by disrupting the predation strategy of ladybeetle larvae

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INSECT SCIENCE 2024年第5期31卷 1555-1568页

作者： Wang, Zheng-Wu Zhao, Jin Li, Guang-Yun Hu, Die Wang, Zi-Guo Ye, Chao Wang, Jin-Jun Southwest Univ Coll Plant Protect Key Lab Entomol & Pest Control Engn Chongqing Peoples R China Southwest Univ Acad Agr Sci Int Joint Lab China Belgium Sustainable Crop Pest Chongqing Peoples R China Southwest Univ Key Lab Agr Biosafety & Green Prod Upper Yangtze R Chongqing Peoples R China Southwest Univ Acad Agr Sci Coll Plant Protect Key Lab Entomol & Pest Control Engn Chongqing Peoples R China

Aphids, the important global agricultural pests, harbor abundant resources of symbionts that can improve the host adaptability to environmental conditions, also control the interactions between host aphid and natural enemy, resulting in a significant decrease in efficiency of biological control. The facultative symbiont serratia symbiotica has a strong symbiotic association with its aphid hosts, a relationship that is known to interfere with host-parasitoid interactions. We hypothesized that serratia may also influence other trophic interactions by interfering with the physiology and behavior of major predators to provide host aphid defense. To test this hypothesis, we investigated the effects of serratia on the host aphid Acyrthosiphon pisum and its predator, the ladybeetle Propylaea japonica. First, the prevalence of serratia in different A. pisum colonies was confirmed by amplicon sequencing. We then showed that harboring serratia improved host aphid growth and fecundity but reduced longevity. Finally, our research demonstrated that serratia defends aphids against P. japonica by impeding the predator's development and predation capacity, and modulating its foraging behavior. Our findings reveal that facultative symbiont serratia improves aphid fitness by disrupting the predation strategy of ladybeetle larvae, offering new insight into the interactions between aphids and their predators, and providing the basis of a new biological control strategy for aphid pests involving the targeting of endosymbionts.

关键词： aphids biological control defense predator serratia symbiotica PEA APHID FACULTATIVE ENDOSYMBIONT BACTERIAL ENDOSYMBIONTS CONFERRED RESISTANCE ACYRTHOSIPHON-PISUM NATURAL-POPULATIONS SYMBIONTS EVOLUTION ELIMINATION PARASITOIDS

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兼性共生菌serratia symbiotica对宿主豌豆蚜适合度及龟纹瓢虫捕食策略的影响

兼性共生菌Serratia symbiotica对宿主豌豆蚜适合度及龟纹瓢虫捕...

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作者：王政午西南大学

学位级别：硕士

共生菌与昆虫之间存在紧密的进化性互作关系,且共生菌能够对宿主昆虫的生物学特性、生境适应、种群生态适合度及多样性等方面产生影响。蚜虫作为重要的全球性农业害虫,其体内有丰富的共生菌资源,这些共生菌在改善宿主对环境因子的适应... 详细信息

共生菌与昆虫之间存在紧密的进化性互作关系,且共生菌能够对宿主昆虫的生物学特性、生境适应、种群生态适合度及多样性等方面产生影响。蚜虫作为重要的全球性农业害虫,其体内有丰富的共生菌资源,这些共生菌在改善宿主对环境因子的适应性的同时还能够调控宿主蚜虫与天敌间的互作关系,进而影响生物防治效率。因此,研究共生菌对宿主蚜虫的生态适合度及对蚜虫天敌捕食策略的影响,不仅可为“共生菌—蚜虫—天敌”三者间的互作机制研究奠定理论基础,也可为提高对蚜虫的生物防治效率提供新思路。据此,本学位论文以蚜虫的模式种豌豆蚜Acyrthosiphon pisum为研究对象,通过分析豌豆蚜不同地理种群体内的微生物多样性,发现兼性共生菌serratia symbiotica普遍存在于各个豌豆蚜种群;随后以serratia为研究切入点,构建豌豆蚜serratia与serratia品系,解析serratia在蚜虫种群内的感染动态和传播方式,明确serratia对宿主蚜虫生物学参数的影响;最终使用龟纹瓢虫Propylaea japonica揭示serratia在“蚜虫—天敌”互作关系中的作用。主要研究结果如下:1.豌豆蚜不同地理种群的微生物多样性分析分别收集我国甘肃、北京、宁夏、山西(绿色型)、山西(红色型)和云南等地区的豌豆蚜种群,采用高通量测序技术挖掘豌豆蚜不同种群体内的微生物组成及丰度情况。结果显示,平均每个样品含有492个OTUs,其中专性共生菌Buchnera存在于所有样品中,兼性共生菌Rickettsia仅存在于宁夏和山西(绿色型)种群,但兼性共生菌serratia在所检测的豌豆蚜种群中普遍存在。***在豌豆蚜中的发生模式解析选用豌豆蚜甘肃种群(serratia)为研究对象,采用显微注射法递送抗生素氨苄青霉素至试虫体腔,经过单头分离且逐代筛选的方式,构建获得不含serratia的豌豆蚜品系(serratia),且该品系能够在室内继代繁殖。以豌豆蚜serratia品系试虫为对照,利用荧光原位杂交技术解析serratia的定殖向性,结果显示serratia主要定殖于豌豆蚜菌胞周围的鞘细胞中。随后利用滴度测定技术分析serratia在豌豆蚜不同生长发育阶段(1～4龄若蚜、第9、第15、第23日龄成蚜)中的发生动态,结果显示蚜虫的各个发育阶段均携带有serratia,其中在前6个发育时期的serratia滴度相对稳定,而在成蚜生长末期(A23)其体内serratia的滴度显著上升,并与Buchnera的滴度呈相反趋势。利用PCR技术,检测serratia在豌豆蚜serratia品系中的传播模式,结果显示serratia能够通过蚜虫母代传递至子代而进行垂直传播,传播率为100%;将豌豆蚜serratia与serratia品系混合饲养,检测serratia豌豆蚜中serratia的携带情况,结果发现serratia在豌豆蚜中不具有水平传播的能力。***对宿主豌豆蚜生物学特性的影响基于构建得到的豌豆蚜serratia(不含抗生素饲养20代后的试虫)与serratia品系,比较分析serratia对宿主蚜虫主要生物学参数的影响。结果显示,豌豆蚜携带serratia其体重提升(17.063±0.274 vs 13.800±0.348 mg,Pserratia能有效改善宿主蚜虫的生态适合度。但是与之相反,携带serratia的豌豆蚜其寿命显著缩短(中位生存期:16.6±0.6 vs 30.0±0.7 d,Pserratia后宿主需要付出一定的生理代价。***对龟纹瓢虫捕食宿主豌豆蚜策略的影响对龟纹瓢虫分别投喂豌豆蚜serratia与serratia品系试虫,比较分析龟纹瓢虫的主要生物学特性和捕食能力,并评估携带serratia的豌豆蚜对瓢虫觅食选择行为的影响。结果显示,对龟纹瓢虫喂食serratia蚜虫后,其发育历期显著延长(12.738±0.129 vs 12.146±0.079 d,P<0.001),且4龄幼虫的体型和体重显著减小(体长:6.274±0.100 vs 7.145±0.132 mm,P<0.001;体重:6.705±0.208 vs 8.205±0.254mg,P<0.001),表明捕食携带Serrat

关键词：蚜虫 serratia symbiotica 共生捕食性天敌防御

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禾谷缢管蚜兼性共生菌检测和线粒体基因多态性研究

禾谷缢管蚜兼性共生菌检测和线粒体基因多态性研究

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作者：刘高鸣西北农林科技大学

学位级别：硕士

禾谷缢管蚜是小麦上的重要害虫之一，其刺吸危害小麦，并传播大麦黄矮病毒，从而造成小麦产量和品质下降，每年给世界各地小麦生产造成巨大的经济损失。禾谷缢管蚜在世界广泛分布，在我国的各小麦产区均有发生。研究禾谷缢管蚜体内兼性... 详细信息

禾谷缢管蚜是小麦上的重要害虫之一，其刺吸危害小麦，并传播大麦黄矮病毒，从而造成小麦产量和品质下降，每年给世界各地小麦生产造成巨大的经济损失。禾谷缢管蚜在世界广泛分布，在我国的各小麦产区均有发生。研究禾谷缢管蚜体内兼性共生菌的多样性，分析不同地区禾谷缢管蚜种群的线粒体基因多态性，对研究禾谷缢管蚜的种群进化和综合防治有重要的意义。为分析禾谷缢管蚜体内兼性共生菌的多样性，本实验选取了9个不同地区的地理种群作为研究对象，利用共生菌的通用引物和特异引物进行检测。在所有检测种群中都发现了serratia symbiotica共生菌，这是首次在禾谷缢管体内报道这一共生菌。***的系统发育树显示，其系统发育关系不能反应禾谷缢管蚜的地理分布格局。本研究还利用特异性引物扩增禾谷缢管蚜体内Wolbachia的wsp基因，结果显示，在山东菏泽、山东淄博、陕西汉中、湖北武汉和河南南阳的种群中发现Wolbachia，并且各个种群内感染率差异非常明显，这符合已经报道的Wolbachia的“most-or-few”模式。本研究分的样本中没有检测到Hamiltonella defensa和Regiellainsecticola两种共生菌。本研究扩增了我国不同地区的18个种群的禾谷缢管蚜线粒体COI和Cytb基因，以进一步分析种群的线粒体多态性，结果显示，禾谷缢管蚜线粒体COI和Cytb基因无插入和缺失现象，COI基因长度为585bp，含有13个多态位点，包括11个简约信息位点和2个单一多态位点，Cytb基因长度为666bp，含有36个多态位点，包括8个简约信息位点和28个单一多态位点，两基因的拼接序列长度是1251bp，含有48个多态位点，包括10个简约信息位点和38个单一多态位点。线粒体COI、Cytb基因和拼接序列的总体单倍型多样性分别是0.511、0.647和0.702，总体核苷酸多样性分别是0.00159、0.00846和0.00161。检测的线粒体COI、Cytb基因和两基因联合序列的单倍型分别是7、16和20个。基于线粒体COI、Cytb和二者拼接序列的单倍型序列建立的系统发育树和网状树都显示禾谷缢管蚜的单倍型都没有明显的聚集成簇现象，说明线粒体单倍型无显著的地理分布格局。对禾谷缢管蚜线粒体COI、Cytb和二者拼接序列的分子方差分析发现，其遗传变异主要来自于种群内的变异。

关键词：禾谷缢管蚜 serratia symbiotica Wolbachia 线粒体基因多态性

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