摘要:【目的】明確一點綴螟[Par alipsa gularis(Zeller)]幼蟲腸道細菌組成結(jié)構(gòu)與多樣性并預(yù)測其功能,為后續(xù)挖掘該害蟲腸道的功能菌及制定其綜合防治策略提供理論依據(jù)?!痉椒ā恳栽颇鲜”I胶兔⑹幸稽c綴螟種群為研究對象,利用傳統(tǒng)分離培養(yǎng)法并結(jié)合高通量測序技術(shù),對2個地理種群一點綴螟3齡幼蟲腸道細菌進行分離鑒定和測序,分析其組成結(jié)構(gòu)與多樣性,并通過KEGG代謝通路分析不同地理種群一點綴螟幼蟲腸道細菌功能基因的表達情況?!窘Y(jié)果】保山一點綴螟種群3齡幼蟲腸道細菌有23門48綱120目211科375屬,優(yōu)勢屬是腸球菌屬(Enterococus,38.02%)和腸桿菌屬(Enterobacter,17.24%);共分離到可培養(yǎng)細菌2門4科5屬10種,優(yōu)勢門、科、屬、種分別是厚壁菌門(72.73%)、芽孢桿菌科(36.36%)、芽孢桿菌屬(36.36%)和鶉雞腸球菌(45.34%)。芒市一點綴螟幼蟲腸道細菌有6門9綱22目46科69屬,優(yōu)勢屬是腸球菌屬(56.13%)和腸桿菌科未知屬(15.02%);共分離到可培養(yǎng)細菌2門4科4屬8種,優(yōu)勢門、科、屬、種分別是厚壁菌門(62.50%)、芽孢桿菌科(62.50%)、芽孢桿菌屬(62.50%)和高地芽孢桿菌(33.85%)。保山一點綴螟種群3齡幼蟲腸道細菌群落ACE指數(shù)、Chaol指數(shù)、Simpson指數(shù)和Shannon指數(shù)分別為852.00、852.00、0.93和6.03,均高于芒市種群的對應(yīng)指數(shù)(196.18、196.00、0.91和4.73)。KEGG代謝途徑差異分析結(jié)果顯示,一點綴螟幼蟲腸道細菌主要參與膜運輸、氨基酸和碳水化合物等代謝過程?!窘Y(jié)論】一點綴螟幼蟲腸道細菌種類豐富,有23門48綱121目225科408屬,其腸道細菌群落多樣性隨著地理環(huán)境條件的改變而存在差異,其中保山種群腸道細菌群落組成及多樣性高于芒市種群。一點綴螟幼蟲腸道細菌可能參與膜運輸、氨基酸和碳水化合物等代謝。
關(guān)鍵詞:一點綴螟;腸道細菌;可培養(yǎng)細菌;高通量測序分析
中圖分類號:S433.4;S435.132文獻標志碼:A文章編號:2095-1191(2024)02-0355-11
Structure,diversity and function prediction of intestinal tract bacterial composition of Paralipsa gularis(Zeller),a new maize pest
YAO Yun-hao1,WANG Wen-qian',DU Guang-zu1,SHEN Yun-feng2, MENG Ji-zhi2,XIAO Wen-xiang2,CHEN Bin1*
('College of Plant Protection,Yunnan Agricultural University/State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Bio-resources in Yunnan,Kunming,Yunnan 650201,China;2Plant Protection and Inspection Station of Baoshan City of Yunnan Province,Baoshan,Yunnan 678000,China)
Abstract:[Objective】To clarify the structure and diversity of the bacterial composition of the larval intestine of the one-spotted stem borer[Paralipsa gularis(Zeller)]and to predict its function,in orderto provide atheoretical basis for the subsequent excavation of the functional bacteria in the intestine of the pest and the development of its integrated con-trol strategy.【Method]Using P.gularis populations in Baoshan City and Mangshi City,Yunnan Province,isolated,iden-tified and sequenced Pgularis 30 instar larval intestinal bacteria from two geographic populationsusing traditional isola-tion and cultivation methods combined with high-throughput sequencing technology,analyzed their composition and di-versity.The expression of functional genes in the intestinal bacteria of P.gularis in different geographical populations was analyzed by KEGG metabolic pathway.[Result]The intestinal bacteria of 34 instar larvae ofP gularis populations in Baoshan in 23 phylums,48 classes,120 orders,211 families,375 genera,and the dominant genera were Enterococus(38.02%)and Enterobacter(17.24%);atotal of 10 species of culturable bacteria were isolated from 2 phyla,4 families 5 genera,and the dominant phylum,family,genera,and species were Firmicutes(72.73%),Bacillaceae(36.36%),Ba-cillus(36.36)%and Enterococcms gallimarum(45.34%)respectively.MangshiP gularis larval intestinal bacteria had 6 phylums,9 classes,22 orders,46 families,69 genera,and the dominantgenerawere Enterococcus(56.13%)and unclas-sified Enterobacteriaceae(15.02%);a total of 8 species from2 phylums,4 families,4 genera of culturable bacteria were isolated,and the dominant phylum,family,genera and species were Firmicutes(62.50%),Bacillaceae(62.50%),Ba-cillus(62.50%)and Bacillus altitndinis(33.85%),respectively.The ACE index,Chaol index,Simpson index and Shan-non index of the intestinal bacterial community of 30 instar larvae of P.gularis population in Baoshan were 852.00,852.00,0.93 and 6.03,respectively,which were higher than the corresponding indexes of the Mangshi population(196.18,196.00,0.91 and 4.73).The results of the differential analysis of KEGG metabolic pathways showed that P.gu-laris larval intestinal bacteria weremainly involved in metabolic processes such as membrane transport,amino acids and carbohydrates.【Conclusion]The intestinal bacteria of P.gularis larvae are rich in species,with 23 phya,48classes,121 orders,225 familiesand 408 genera of bacteria,and the diversity of their intestinal bacterial communities varies with the change ofgeographic conditions,among which,the composition and diversity of intestinal bacterial communities in the Baoshan population is higher than that in the Mangshi population.The intestinal bacteria of Pgularislarvae maybe in-volved in the metabolismsof membrane transport,amino acids and carbohydrates.
Keywords:Paralipsagularis(Zeller);intestinalbacteria;culturable bacteria;high throughput sequencing analysis
Foundation items:National Key Research and Development Program of China(2021YFD1400705);Scientific Re-search Fund Project of Yunnan Education Department(2023Y1045)
0引言
【研究意義】一點綴螟[Paralipsa gularis(Zeller)]隸屬于鱗翅目(Lepidoptera)螟蛾科(Pyralidae),起源于東南亞,在我國廣泛分布于河北、河南、江蘇、浙江、江西、四川、福建和云南等多個省份(陳爽等,2022)。國外主要于20世紀80~90年代將該蟲作為倉儲害蟲進行研究與報道,其主要為害豆芽、玉米、麥麩、面粉和羅望子等倉儲物并造成經(jīng)濟損失(Tre-materra,1987)。2018年,我國對一點綴螟進行首次報道,明確了其生物學(xué)特性及危害特點,并指出該蟲已開始為害大田作物,如蛀食玉米雌穗的同時還引發(fā)玉米穗腐病,造成云南省德宏傣族景頗族自治州(簡稱德宏州)和保山市等地玉米減產(chǎn),且受害嚴重田塊損失率高達71.7%(太紅坤等,2018;謝顯彪等,2023)。目前,一點綴螟已成為影響云南普洱市玉米生產(chǎn)的一種主要害蟲(陳爽等,2022)。研究一點綴螟腸道細菌組成結(jié)構(gòu)、多樣性并預(yù)測其功能,有助于更好地了解其腸道菌群特點,解析一點綴螟不同地理種群的生物學(xué)差異機理,為制定有效的一點綴螟綜合防治策略提供理論依據(jù)?!厩叭搜芯窟M展】腸道微生物群落對宿主健康至關(guān)重要,且二者之間存在緊密聯(lián)系(劉莎和陳從英,2023)。經(jīng)過長期的自然選擇,以及不同的生活環(huán)境、食性和生活習(xí)性,使得不同種昆蟲形成了各自特有的腸道環(huán)境,其與各種微生物間形成共生關(guān)系,這些微生物包括細菌、真菌、病毒、古生菌和原生動物,而細菌占總數(shù)的99%(Xie et al.,2019;周帆等,2020)。這些腸道菌群不僅具有重要的共生功能,還影響宿主的生理生化反應(yīng),如為宿主補充營養(yǎng)、促進膳食分解或抵御病原體,從而為其提供生理和生態(tài)上的優(yōu)勢(李青晏等,2020;Jang and Kikuchi,2020;Schmidt and Engel,2021)。此外,腸道微生物還會影響昆蟲的解毒作用,提高其對殺蟲劑的抗性(王四寶和曲爽,2017)。如點蜂緣蝽(Riptortus pedestris)共生菌伯克霍爾德菌(Burk-holderia)可增強宿主對農(nóng)藥的抗性,且降解殺螟松的伯克霍爾德菌菌株亦能水平轉(zhuǎn)移至其他昆蟲(Kikuchi and Yumoto,2013)。腸道微生物與昆蟲宿主間相互依賴的關(guān)系為害蟲防治提供了一個可供選擇的突破口。因此,昆蟲腸道微生物已備受眾多研究者的廣泛關(guān)注(王文倩等,2022)。在眾多的昆蟲腸道微生物研究方法中,傳統(tǒng)分離培養(yǎng)法是最基礎(chǔ)的方法。徐天梅等(2021)利用分離培養(yǎng)法分離培養(yǎng)了白背飛虱(Sogatella furcifera)雌雄成蟲腸道的可培養(yǎng)細菌,并分析了其種類與組成,結(jié)果發(fā)現(xiàn),雌成蟲腸道優(yōu)勢屬為葡萄球菌屬(Staphylococcus),而雄成蟲腸道優(yōu)勢菌屬為芽孢桿菌屬(Bacillus)和微桿菌屬(Microbacter)。高通量測序技術(shù)無需分離純化培養(yǎng)微生物,不僅可直接對昆蟲腸道微生物群落的全部基因進行測序分析,還能全面解析其組成結(jié)構(gòu)并挖掘其潛在功能,目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于昆蟲腸道細菌的多樣性分析(周恩民和李文均,2018)。
Wang等(2022)利用Ⅲlumina HiSeq測序技術(shù)分析了不同地理種群番茄潛葉蛾(Tuta absoluta)腸道菌群組成和多樣性?!颈狙芯壳腥朦c】近年來,一點綴螟在云南省多地發(fā)生,嚴重危害玉米生產(chǎn)。腸道細菌參與了昆蟲體內(nèi)許多重要的生理生化反應(yīng),但目前尚未見一點綴螟腸道細菌組成結(jié)構(gòu)與多樣性及功能的相關(guān)報道?!緮M解決的關(guān)鍵問題】利用傳統(tǒng)分離培養(yǎng)法并結(jié)合高通量測序技術(shù),對云南省保山和芒市一點綴螟種群3齡幼蟲腸道細菌進行分離鑒定和測序分析,以期明確其腸道細菌組成結(jié)構(gòu)與多樣性及功能,為后續(xù)挖掘該害蟲腸道的功能菌及制定其綜合防治策略提供理論依據(jù)。
1材料與方法
1.1試驗材料
1.1.1供試蟲源一點綴螟幼蟲分別采集自云南省保山市龍陵縣平達鄉(xiāng)章賽村寇寨(24°13'37\"N、98°57'27\"E,海拔1290 m)(樣品簡記為BS)和德宏州芒市勐戛鎮(zhèn)(24°30'46\"N、98°32'57\"E,海拔1466.5m)(樣品簡記為DH)。
1.1.2主要試劑LB固體培養(yǎng)基:胰蛋白胨10.0 g、NaC110.0 g、酵母浸粉5.0 g、瓊脂20.0 g,無菌水1L,pH 7.0(代海燕,2021)。1×PBS Buffer[生工生物工程(上海)股份有限公司]、Dzup基因組DNA快速抽提試劑盒[生工生物工程(上海)股份有限公司]、2×Taq PCR Master Mix(北京全式金生物技術(shù)有限公司)、引物:27f:5-AGAGTTTGATCCTGGCTCAG-3';
1492r:5'-CGGTTACCTTGTTACGTTACGACTT-3'[由生工生物工程(上海)股份有限公司合成]。
1.2腸道解剖
取不同地理種群一點綴螟3齡幼蟲各20頭,置于無菌箱中饑餓處理12 h。將試蟲置于-80℃冷凍昏迷30 s,取出先用無菌水涮洗,然后用75%酒精消毒30 s,再用無菌水涮洗。隨后在已用75%酒精和紫外燈處理30 min的超凈工作臺中對試蟲進行解剖,解剖所需器皿均用蒸汽高壓滅菌鍋121℃滅菌20 min。解剖試蟲時先用無菌鑷子掐去試蟲頭部和尾部,取出腸道放置于裝有500μLPBS緩沖液的離心管中,隨后攪勻制成原漿液并補充PBS緩沖液至1 mL,置于-80℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>
1.3一點綴螟腸道細菌鑒定
1.3.1傳統(tǒng)分離培養(yǎng)法將原漿液按照梯度稀釋至1.0×10-3、1.0×10?、1.0×10?、1.0×10-?和1.0×10-7,各吸取100μL稀釋液涂布LB培養(yǎng)基,每個濃度3次重復(fù),置于25℃、相對濕度(70±5)%的條件下恒溫培養(yǎng)72 h(常呂恕等,2022)。依據(jù)菌落顏色、外觀形態(tài)、光澤度、光滑度、凹凸度和規(guī)則度選取不同菌落,挑取單克隆菌落在LB培養(yǎng)基上純化3次。純化后進行革蘭氏染色,并利用Dzup基因組DNA快速抽提試劑盒提取細菌DNA。PCR反應(yīng)體系25.0μL:2×TaqPCRMaster Mix12.5μL,上、下游引物各1.0μL,DNA模板1.0μL,ddH?O 9.5μL。擴增程序:95℃預(yù)變性3 min;98℃15s,55℃25 s,72℃30s,進行32個循環(huán);72℃延伸10 min。反應(yīng)結(jié)束后,取5.0μL PCR產(chǎn)物進行1%瓊脂糖凝膠電泳檢測,將檢測合格的PCR產(chǎn)物送至生工生物工程(上海)股份有限公司進行測序分析。
1.3.216S rDNA測序分析法取300.0μL一點綴螟腸道細菌原漿液,送至北京百邁克生物科技有限公司進行高通量測序分析。
1.4數(shù)據(jù)分析
利用Bioedit查看測序結(jié)果可信度;利用Conti-gexpress對序列進行檢查拼接;通過NCBI網(wǎng)站進行序列比對,并下載最相似菌株序列;利用MEGA 7.0進行多序列比對并采用鄰接法(Neighbour-joining,NJ)構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育進化樹;利用百邁克云平臺(https://international.biocloud.net)進行測序數(shù)據(jù)分析。首先使用Trimmomatic v0.33對測序得到的原始Reads數(shù)進行過濾;然后使用cutadapt 1.9.1進行引物序列識別與去除,得到不包含引物序列的Clean reads,最后使用QIIME22020.6中的dada2方法進行去噪并去除嵌合體序列,得到最終序列條數(shù)。利用PICRUSt2通過KEGG代謝通路分析不同地理種群一點綴螟腸道細菌功能基因的表達情況。
2結(jié)果與分析
2.1一點綴螟幼蟲腸道可培養(yǎng)細菌種類組成結(jié)構(gòu)
2.1.1菌落形態(tài)及性狀利用LB培養(yǎng)基,從保山
一點綴螟種群3齡幼蟲腸道中共分離得到11株細菌(編號為BS1~BS11),革蘭氏染色結(jié)果顯示8株為陽性菌、3株為陰性菌,5株細胞形態(tài)為桿狀、4株為球狀、2株為短桿狀,優(yōu)勢細菌為BS9,相對豐度為45.34%(表1和圖1)。從芒市一點綴螟種群3齡幼蟲腸道中共分離得到8株細菌(編號為DH1~DH8),革蘭氏染色結(jié)果顯示5株為陽性菌、3株為陰性菌,6株細胞形態(tài)為桿狀、2株為短桿狀,優(yōu)勢種為DH2,相對豐度為33.85%。
2.1.2分子鑒定及系統(tǒng)發(fā)育對分離得到的一點綴螟3齡幼蟲腸道細菌進行16S rDNA序列進行比對分析,結(jié)果(表2)顯示,保山種群腸道中分離得到的11株細菌分屬于2門4科5屬10種(BS2和BS7為同一種菌),其中厚壁菌門細菌占72.73%;厚壁菌門(Firmicutes)有3科3屬,分別為芽孢桿菌科(Bacilla-ceae)芽孢桿菌屬、葡萄球菌科(Staphylococcaceae)葡萄球菌屬和腸球菌科(Enterococcaceae)腸球菌屬(Enterococcus);變形菌門(Proteobacteria)有1科2屬,分別為腸桿菌科(Enterobacteriaceae)沙雷氏菌屬(Serratia)和勒克菌屬(Leratiomyces)。從芒市種群腸道中分離得到的8株細菌分屬于2門4科4屬8種,其中厚壁菌門細菌占62.50%;厚壁菌門有1科1屬,為芽孢桿菌科芽孢桿菌屬;變形菌門有3科3屬,分別為布魯氏菌科(Brucellaceae)布魯氏菌屬(Bru-cella)、弧菌科(Vibrionaceae)氣單胞菌屬(Aeromo-nas)和腸桿菌科沙雷氏菌屬。保山和芒市種群分離培養(yǎng)的細菌中有2種相同細菌,即高地芽孢桿菌(B.altitudinis)和平流層芽孢桿菌(B.stratosphericus)。
綜上,保山一點綴螟種群3齡幼蟲腸道可培養(yǎng)細菌優(yōu)勢門、科、屬、種分別是厚壁菌門(72.73%)、芽孢桿菌科(36.36%)、芽孢桿菌屬(36.36%)和鶉雞腸球菌(E.gallinarum,45.34%);芒市一點綴螟種群3齡幼蟲腸道可培養(yǎng)細菌優(yōu)勢門、科、屬、種分別是厚壁菌門(62.50%)、芽孢桿菌科(62.50%)、芽孢桿菌屬(62.50%)和高地芽孢桿菌(33.85%)。
從系統(tǒng)發(fā)育進化樹(圖2和圖3)看,保山和芒市一點綴螟種群3齡幼蟲腸道分離菌中,由對應(yīng)的菌門分為大支,以相應(yīng)的菌屬聚成對應(yīng)的小分支,且分離菌株與已公布的菌株均對應(yīng)聚到一起,說明聚在同一小分支上的菌株有相近的親緣關(guān)系。
2.2測序數(shù)據(jù)質(zhì)量評估結(jié)果
對保山和芒市一點綴螟種群3齡幼蟲腸道微生物進行測序分析,結(jié)果(表3)共獲得473772個Reads,去除嵌合體后最終序列條數(shù)有413841個Reads,共劃分為1021個OTUs,其中保山地區(qū)樣品獨有825個OTUs,芒市地區(qū)樣品獨有169個OTUs,有27個共有OTUs(圖4)。聚類結(jié)果共注釋到23門48綱121目225科408屬細菌,其中保山種群腸道注釋到23門48綱120目211科375屬細菌,芒市種群腸道注釋到6門9綱22目46科69屬細菌(表4)。
從稀釋曲線(圖5)看,在一定范圍內(nèi),隨著測序條數(shù)的加大,曲線表現(xiàn)為急劇上升,表示群落中有大量物種被發(fā)現(xiàn);隨后曲線趨于平緩,表示此環(huán)境中的物種并不會隨測序數(shù)量的增加而顯著增多,說明樣品序列充分且測序質(zhì)量較好,可以進行數(shù)據(jù)分析。
2.3 Alpha多樣性分析結(jié)果
Alpha多樣性反映單個樣品物種豐富度及物種多樣性,Chaol指數(shù)和ACE指數(shù)衡量物種的豐富度,而Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)用于衡量物種多樣性。保山一點綴螟種群3齡幼蟲腸道細菌的ACE指數(shù)、Chaol指數(shù)、Simpson指數(shù)和Shannon指數(shù)分別為852.00、852.00、0.93和6.03,均分別高于芒市種群(表5),說明保山一點綴螟種群腸道細菌多樣性更高。
2.4一點綴螟腸道細菌組成及豐度
基于SILVA數(shù)據(jù)庫,樣品中只顯示豐度水平前10的物種,其他物種合并為Others,結(jié)果見圖6。在門分類水平上,注釋到厚壁菌門、變形菌門、放線菌23門,豐度前10的門依次是厚壁菌門(49.79%)、變形菌門(34.22%)、放線菌門(3.05%)、unclassified Bacteria(3.354%)、擬桿菌門(2.95%)、酸桿菌門(2.21%)、芽單孢菌門(1.19%)、綠彎菌門(0.79%)、粘球菌門(0.51%)和藍菌門(0.50%);芒市種群注釋到厚壁菌門(58.33%)、變形菌門(40.75%)、放線菌門(0.68%)、unclassified Bacteria(0.01%)和擬桿菌門(0.12%);厚壁菌門和變形菌門為2個地理種群3齡幼蟲腸道細菌的優(yōu)勢菌門。
在綱分類水平上,注釋到芽孢桿菌綱(Bacilli)、γ-變形菌綱(Gammaproteobacteria)、α-變形菌綱(Alphaproteobacteria)、梭菌綱(Clostridia)、unclassi-fied Bacteria、擬桿菌綱(Bacteroidia)、放線菌綱(Actinobacteria)、Vicinamibacteria、芽單胞菌綱(Gem-matimonadetes)和酸微菌綱(Acidimicrobiia)等48綱,其中保山種群3齡幼蟲腸道細菌注釋到48綱,豐度前10的綱依次是芽孢桿菌綱(45.59%)、γ-變形菌綱(27.73%)、α-變形菌綱(6.49%)、梭菌綱(3.84%)、unclassified Bacteria(3.35%)、擬桿菌綱(2.92%)、放線菌綱(1.90%)、Vicinamibacteria(1.28%)、芽單胞菌綱(0.81%)和酸微菌綱(0.73%);芒市種群注釋到芽孢桿菌綱(58.33%)、γ-變形菌綱(37.67%)、α-變形菌綱(3.08%)、unclassified Bacteria(0.01%)、擬桿菌綱(0.12%)、放線菌綱(0.66%)和酸微菌綱(0.01%);芽孢桿菌綱和γ-變形菌綱為2個地理種群3齡幼蟲腸道細菌的優(yōu)勢菌綱。
在目分類水平上,注釋到乳桿菌目、腸桿菌目、根瘤菌目(Rhizobiales)、假單胞菌目(Pseudomonad-ales)、伯克氏菌目(Burkholderiales)、黃單胞菌目(Xanthomonadales)、毛螺菌目(Lachnospirales)、鞘脂單胞菌目(Sphingomonadales)、擬桿菌目(Bacte-roidales)和微球菌目(Micrococcales)等121目;其中乳桿菌目和腸桿菌目為2個地理種群3齡幼蟲腸道細菌的優(yōu)勢菌目,分別占保山種群的43.52%、21.39%及芒市種群的58.21%、32.32%。
在科分類水平上,注釋到腸球菌科、腸桿菌科、鏈球菌科(Streptococcaceae)、根瘤菌科(Rhizobia-ceae)、黃單胞菌科(Xanthomonadaceae)、莫拉氏菌科(Moraxellaceae)、毛螺菌科(Lachnospiraceae)、假單胞菌科(Pseudomonadaceae)、鞘脂單胞菌科(Sphin-gomonadaceae)和耶爾森菌科(Yersiniaceae)等225科;其中腸球菌科和腸桿菌科為2個地理種群3齡幼蟲腸道細菌的優(yōu)勢菌科,分別占保山種群的38.02%、20.03%及芒市種群的56.13%、28.52%。
在屬分類水平上,注釋到腸球菌屬、腸桿菌屬(Enterobacter)、腸桿菌科未知屬(unclassified Entero-bacteriaceae)、乳球菌屬(Lactococcus)、克雷伯氏菌屬(Klebsiella)、不動桿菌屬(Acinetobacter)、蒼白桿菌屬(Ochrobactrum)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、寡養(yǎng)單胞菌屬(Stenotrophomonas)和沙雷氏菌屬等408屬;其中腸球菌屬為保山和芒市種群3齡幼蟲腸道細菌共有優(yōu)勢菌屬,分別占38.02%和56.13%,此外,保山種群優(yōu)勢菌屬還有腸桿菌屬(17.24%),而芒市種群優(yōu)勢菌屬還有腸桿菌科未知屬(15.02%)。
綜上所述,芒市一點綴螟種群3齡幼蟲腸道的優(yōu)勢菌門、綱、目、科、屬占比均大于保山種群,而保山種群的菌類豐富度遠多于芒市種群。
2.5細菌功能預(yù)測及分析結(jié)果
通過KEGG代謝途徑的組成及差異分析,結(jié)果(圖7)發(fā)現(xiàn),2個地理種群一點綴螟3齡幼蟲腸道細菌中注釋到10屬細菌參與的代謝途徑基本一致,主要包括膜運輸、氨基酸代謝、能量代謝、核苷酸代謝、輔因子和維生素代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、翻譯、復(fù)制和修復(fù)、脂質(zhì)代謝、其他氨基酸代謝、異生物素的降解和合成、碳水化合物代謝等。但某些菌屬在一些代謝通路中基因表達存在差異,如不動桿菌屬在異生物素運輸中、乳球菌屬在核苷酸代謝和翻譯中、假單胞菌屬在氨基酸代謝中及unclassified Bacteria在能量代謝和糖的生物合成代謝中的作用最強。
3討論
昆蟲腸道細菌種類豐富,在宿主對寄主的適應(yīng)性及抗性生理中發(fā)揮著重要作用(王四寶和曲爽,2017;王爭艷等,2022)。本研究采用傳統(tǒng)分離法和高通量測序技術(shù)首次分析了不同地理種群一點綴螟3齡幼蟲腸道細菌組成結(jié)構(gòu),并較全面地解析了其多樣性。結(jié)果表明,保山種群腸道共注釋到23門48綱120目211科375屬細菌,而芒市種群腸道共注釋到6門9綱22目46科69屬細菌,說明保山種群腸道細菌多樣性和豐富度均高于芒市種群,可能與地理環(huán)境因素相關(guān)。
地理環(huán)境是影響昆蟲腸道細菌多樣性的重要因素,因而不同地理種群昆蟲腸道菌組成結(jié)構(gòu)存在差異(薛志靜等,2018;楊麗君等,2023)。其中,溫度是一個重要的非生物環(huán)境變量,且其是引起昆蟲腸道菌組成結(jié)構(gòu)差異的主要原因之一(Sepulveda and Moeller,2020;郭新羽等,2022;王飛飛等,2022)。本研究中保山和芒市一點綴螟種群的采樣區(qū)域溫度存在差異,保山的平均溫度為16℃,明顯低于芒市(23℃)。徐天梅等(2020)通過分析云南寶藏鎮(zhèn)(首發(fā)地)和嵩明縣(擴散區(qū))草地貪夜蛾(Spodoptera frugiperda)腸道細菌,結(jié)果發(fā)現(xiàn),其在所有分類水平上均存在較大差異;不同海拔種群腸道細菌的優(yōu)勢菌屬亦不同,其中較高海拔為腸球菌屬,較低海拔為克雷伯氏菌屬。說明海拔高度亦是造成昆蟲腸道細菌多樣性差異的驅(qū)動因素之一。
本研究發(fā)現(xiàn),保山和芒市一點綴螟種群腸道細菌都主要集中于厚壁菌門和變形菌門,且分離培養(yǎng)與測序結(jié)果一致,與玉米螟(Ostrinia furnacalis)、桃蛀螟(Conogethes punctiferalis)和棉鈴蟲(Helico-verpa armigera)腸道細菌的優(yōu)勢菌門相同(高珊珊,2018;Liu et al.,2020;Zhang et al.,2022);但與赤擬谷盜(Tribolium castaneum)、米象(Sitophilusoryzae)和草地貪夜蛾腸道細菌的優(yōu)勢菌門不同,這3種害蟲腸道細菌優(yōu)勢菌門除厚壁菌門和變形菌門外,還包括放線菌門(王爭艷等,2020;代海燕,2021;張雨等,2022)。上述結(jié)果說明即使定位及為害作物相同,不同種類昆蟲的腸道細菌多樣性在門分類水平上就會出現(xiàn)差異,可能與寄主種群及代謝機制不同有關(guān)(Douglas,2015)。
不同種類腸道菌具有不同的生理功能,其中腸球菌屬在很多昆蟲腸道微生物中占據(jù)優(yōu)勢地位。如常呂恕等(2023)發(fā)現(xiàn)番茄潛葉蛾馬鈴薯種群腸道微生物的優(yōu)勢菌屬為腸球菌屬,相對豐度高達83.71%。本研究發(fā)現(xiàn)腸球菌屬為保山和芒市一點綴螟種群3齡幼蟲腸道細菌共有優(yōu)勢菌屬。已有研究表明,腸球菌屬細菌具有產(chǎn)生細菌素保護寄主、降解農(nóng)藥和水解纖維素等諸多功能(Shao et al.,2017;張雨等,2022)。因此,進行?;头蛛x培養(yǎng)獲取功能型腸球菌將是下一步研究的重點,從而探究其寄主適應(yīng)性。此外,昆蟲與體內(nèi)微生物作為一個整體共生,一旦這種關(guān)系被打破,將嚴重影響宿主昆蟲的正常生理反應(yīng),這可用于有效地防治農(nóng)業(yè)害蟲(Arora and Douglas,2017;王渭霞等,2021),同理,亦可借鑒該方法以制定有效的一點綴螟綜合防治策略。
4結(jié)論
一點綴螟幼蟲腸道細菌種類豐富,有23門48綱121目225科408屬;其腸道細菌群落多樣性隨著地理環(huán)境條件的改變而存在差異,且保山種群高于芒市種群。一點綴螟3齡幼蟲腸道細菌可能參與膜運輸、氨基酸和碳水化合物等代謝過程。
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(責(zé)任編輯 麻小燕)