稻水象甲入侵過程中腸道細菌群落的變化及其功能研究

《稻水象甲入侵過程中腸道細菌群落的變化及其功能研究》是依託浙江大學，由蔣明星擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：稻水象甲入侵過程中腸道細菌群落的變化及其功能研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：蔣明星
• 項目類別：面上項目

項目摘要

昆蟲腸道細菌在宿主的多種生理過程中起重要作用。稻水象甲(Lissorhoptrus oryzophilus, RWW)是一種外來入侵水稻害蟲，近年在我國擴張十分迅速。申請者初步研究發現，該蟲腸道細菌的種類構成存在地區間差異，但該差異的產生原因及其與該蟲種群增長的關係尚不清楚。本項目擬基於細菌16S rRNA基因序列，系統比較RWW多個原產地、入侵地種群內腸道細菌群落的多樣性、豐富度及細菌種類的差異，研究環境中的細菌通過取食進入RWW體內並定殖於腸道的可能性，確定初侵染源；研究細菌侵染和定殖與宿主生育期、環境中細菌濃度、RWW寄主植物種類、環境溫度等因子的關係；研究腸道細菌水解纖維素能力，對宿主取食、生長發育、生殖和存活的影響，以及與宿主抗逆能力(耐熱、耐寒性和抗病能力)的關係。由此探明RWW擴張過程中腸道細菌群落的變化及相關機制，以及對該蟲種群發展的影響，從而揭示腸道細菌與其入侵的關係。

結題摘要

稻水象甲是一種世界性的入侵性害蟲，在我國部分稻區危害嚴重。鑒於該蟲具有寄主植物種類多、對環境適應能力強的特點，且其腸道細菌可在宿主的多種生命過程中起重要作用，本項目研究了稻水象甲腸道細菌的群落多樣性及其隨入侵過程的變化，以及部分細菌的功能。在稻水象甲中發現的主要腸道細菌有Rickettsia、Lactococcus、Wolbachia、Pantoea和Lactococcus等，其中Rickettsia在整個細菌群落中的相對豐度達到70%以上。其腸道細菌結構存在地理差異。例如在浙江樂清種群中Rickettsia主要為R. felis，而在河北唐海、美國加州Biggs種群中是R. bellii。此外，腸道細菌群落多樣性與結構可隨環境溫度、寄主植物種類變化：與不適宜溫度（19C和31C）相比，在適宜溫度（23C和27C）下的細菌群落的豐富度、多樣性明顯較高；取食李氏禾、稗（適宜寄主）的成蟲細菌群落豐富度明顯高於取食水稻和雙穗雀稗者，但細菌群落多樣性則以取食稗的成蟲為最高；取食雙穗雀稗（不甚適宜寄主）的成蟲菌群豐富度和多樣性均明顯較低。優勢菌Rickettsia和Lactococcus的相對豐度與溫度、食料條件關係密切：當成蟲處於適宜溫度並取食水稻時，Rickettsia的豐度隨時間明顯下降，而Lactococcus則上升。因此，該象甲在擴張的過程中其腸道細菌群落多樣性和結構已發生明顯變化，存在從環境中獲得某些細菌並將其定殖於腸道的可能；溫度、寄主植物等因子對腸道細菌群落產生顯著影響，適宜的溫度和食料條件有利於腸道細菌群落的發展。 對細菌功能的研究發現，抗生素處理後的成蟲對球孢白僵菌的感染率顯著上升，暗示腸道中的某些細菌極可能具有提高宿主抗病力的作用。成團泛菌轉化株可在成蟲腸道中定殖，在自然種群中其濃度在成蟲羽化後顯著上升，表明此細菌在成蟲的食物消化和（或）營養吸收過程中起作用。 本研究首次在象甲類昆蟲中發現Rickettsia是腸道中的優勢菌，也是發現眾多共生細菌共存於同種昆蟲中的少數案例之一。研究發現其腸道細菌群落可隨環境條件而變化，部分細菌與宿主的抗病性有關。研究結果豐富了我們對象甲類昆蟲中腸道細菌群落多樣性、功能及昆蟲入侵機制的認識。