中肠微生物多样性在棉铃虫对BtCry1Ac敏感性中的作用

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有研究表明Bt对昆虫的毒力作用依赖于昆虫中肠内的微生物,中肠微生物可以提供给寄主各种消化酶、解毒酶,在Bt对昆虫的致死过程中发挥着重要作用。昆虫中肠微生物影响Bt对昆虫的毒力,也可能对害虫的抗性有一定的影响。表达Cry1Ac蛋白的转基因棉花已经广泛的用于防治棉铃虫,但是棉铃虫对Cry1Ac的抗性问题会影响转基因棉花的长期有效的应用。本文意在研究棉铃虫中肠微生物与Cry1Ac致死作用间的关系及中肠微生物多样性在棉铃虫对Bt抗性演化中的作用。主要结果如下:  首先我们发现,每一种抗生素及抗生素混合物处理都可以明显的降低棉铃虫中肠微生物的种群数量。用抗生素(庆大霉素、链霉素、金霉素、氨苄青霉素)对棉铃虫进行处理,显著地降低了Cry1Ac对敏感(96S)、抗性(BtR)及田间(FS)品系棉铃虫的致死率,但是对棉铃虫的体重增长有促进作用。每种抗生素和抗生素混合物一样,对三个棉铃虫品系的幼虫死亡率减少和体重增加都有显著影响,且对死亡率的影响与抗生素处理的浓度成正比。在BtR抗性品系中,抗生素对Cry1Ac毒力的影响最大,但对体重的影响不成相同的趋势。  16S rRNA高通量测序结果显示,在不同的品系中,棉铃虫中肠微生物组成表现为复杂和高度的多样性。取食正常饲料的96S棉铃虫幼虫的微生物比FS/BtR品系更/丰富。Halomonas,Chloroplast_norank and Enterococcus是96S品系5龄幼虫中肠总微生物中最主要的种类,占总微生物的61.95%;而Enterococcus是BtR和FS品系棉铃虫中肠中最主要的微生物,分别占总微生物的92.78%和96.62%。  用抗生素或Cry1Ac或抗生素+Cry1Ac处理后棉铃虫中肠微生物的组成和种类会发生明显的改变。96S和FS品系的棉铃虫处理后,各处理间的Shannon多样性指数差异显著;而BtR和FS品系棉铃虫中肠微生物的Simpson多样性指数差异显著;而且96S品系棉铃虫经过处理后,各处理间的总微生物丰富度发生明显改变。96S品系棉铃虫中肠含量最多的前10种微生物中,抗生素和Cry1Ac对Chloroplast_norank, Ralstonia and Mitochondria_norank含量影响显著;在BtR品系中,Enterococcus,Rhodanobacter,Lactobacillus,Pseudomanas and Bacteroides发生明显改变;而在FS品系棉铃虫中,处理后发生变化最明显的中肠微生物是Enterococcus,Rhodanobacter,Lactobacillus,Pediococcus,Pseudomanas and Bacteria_unclassified。  在BtR和FS品系中,不管是否用Cry1Ac处理,用抗生素处理的棉铃虫OTUs数量都呈上升趋势;而96S品系的棉铃虫用抗生素或抗生素+Cry1Ac处理后OTUs数量反而下降。比较三个品系间相同的抗生素或Cry1Ac处理间的差异,发现:含量最多的微生物门(Proteobacteria,Cyanobacteria_norank and Firmicutes)和种(Enterococcus, Halomonas and Methylobacterium)都有明显的差异;其中Enterococcus在全部中肠微生物中的比例经抗生素或抗生素+Cry1Ac处理后,含量在三个品系中都降低。但是在96S和FS品系中,Cry1Ac单独处理后Enterococcus含量没有明显变化,而BtR品系棉铃虫经Cry1Ac处理后Enterococcus含量明显降低。  抗生素通过消除部分中肠微生物从而对Cry1Ac的毒力产生影响,由于不同品系棉铃虫中肠微生物的组成和多样性的差异造成抗生素的影响不同,尤其对在中肠中含量较多的Enterococcus影响较大。因此,我们推测昆虫中肠微生物不仅影响Bt的杀虫作用,同时对棉铃虫的抗性演化也有一定的影响。
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