The Diversity and Transmission of Symbiotic Bacteria in the Oriental Fruit Fly Bactrocera Dorsalis(D

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橘小实蝇Bactrocera dorsalis(双翅目:实蝇科、果实蝇属)是国内外果蔬作物上的“头号杀手”,其寄主范围广,严重危害250多种水果和蔬菜。目前已在我国多个省市报道发生,其世代历期短,繁殖力强,尽管已采取多种防治措施,但近年来其扩散蔓延速度快,为害逐渐加重,迫切需要建立更有效的防治措施来控制其种群增长。昆虫肠道微生物与其宿主之间存在复杂的共生关系,能够影响昆虫生长发育、营养吸收和免疫反应等,昆虫肠道共生物的研究在改善食物诱剂、成虫诱杀技术以及大规模饲养昆虫品系改良等方面具有广泛的应用前景。明确肠道共生细菌群落结构、功能、传递模式则显得尤为重要,因此,本研究采用高通量测序技术分析16S rRNA基因序列鉴定橘小实蝇不同发育虫态肠道细菌多样性,明确其肠道细菌种类和群落组成;通过生测筛选30种抗生素来特异性改变细菌群落结构以促进肠道益生菌生长;筛选益生菌添加到人工饲料中改善成虫寿命、交配和生殖力等适合度;此外,我们还利用荧光蛋白标记肠道共生细菌来研究其在虫体内的定殖和传递方式。主要研究结果如下:(1)明确了橘小实蝇卵、幼虫、蛹和成虫肠道共生细菌群落组成及变化通过454焦磷酸测序技术对橘小实蝇卵、幼虫、蛹和成虫进行16S rRNA基因测序,分析其不同发育虫态的共生细菌群落组成。基于≥97%序列相似性,测序产生的所有序列一共归类到6门172个操作分类单元OTUs。变形菌门Proteobacteria是橘小实蝇卵、幼虫和蛹期优势种群,而成虫期的优势菌群是厚壁菌门Firmicute。丰度最高的共生细菌群落为肠球菌科Enterococcaceae和丛毛单胞菌科Comamondaceae。丛毛单胞菌属Comamonas是橘小实蝇蛹期的优势菌群,但在成虫肠道内并未检测到。所鉴定与已知物种相似度低的菌落说明可能存在一些新的肠道细菌类群,然而大部分序列与已报道的番石榴实蝇Bactrocera correcta肠道共生菌具有高度的序列相似性,表明果实蝇属昆虫可能拥有一些相同的共生细菌类群。橘小实蝇不同生长发育期其共生细菌群落变化较大,而共生细菌多样性的选择压力可能来自宿主昆虫的栖息环境和食物抉择。通过高通量测序分析我们明确了橘小实蝇不同发育期肠道共生细菌的种类和丰度,能够为橘小实蝇生物防治的发展提供理论依据。(2)分离橘小实蝇肠道可培养细菌并筛选合适的抗生素橘小实蝇肠道存在大量的共生细菌群落,包括有益共生菌和致病病原菌,因此筛选特异性抗生素用以改变微生物群落促进益生菌生长将有助于橘小实蝇人工饲养或大规模饲养的品质改良。结合肠道细菌分离培养技术和Kirby-bauer纸片扩散法,我们测试了 30种抗生素对1 1种橘小实蝇肠道可培养细菌的影响。分离的1 1种肠道细菌隶属于肠杆菌科、链球菌科和肠球菌科,普罗维登斯菌属、柠檬酸杆菌属、克雷伯氏菌属、摩根氏菌属、变形杆菌属、气单胞菌属和肠球菌属。通过抑菌试验筛选发现5种抗生素头孢他啶、阿米卡星、正大霉素、诺氟沙星、氧氟沙星和环丙沙星对除了摩氏摩根氏菌Morganella morganii外其他10种可培养细菌都有显著抑菌作用,而摩氏摩根氏菌仅对氯霉素和脱氧土霉素敏感,因此从这5种抗生素中任选一种抗生素,配合氯霉素或脱氧土霉素使用将获得最大抑菌效果。抗生素测试结果将有助于选择合适的抗生素应用于室内饲养橘小实蝇以改善其品系,此外,对共生细菌的抗性测试对于细菌菌株筛选以及昆虫大规模饲养防止病原菌具有重要意义。(3)肠道共生细菌对橘小实蝇适合度的影响为了明确肠道共生细菌对橘小实蝇适合度的影响,我们测试了 4种益生菌弗氏柠檬酸杆菌Citrobacterfreundii,雷氏普罗威登斯菌ProviDENCIA rettgeri,克雷伯氏肺炎菌Klebsiella pneumonia和粪肠球菌Enterococcus faecaalis,以及正大霉素和氯霉素2种抗生素对成虫寿命、产卵量和体重的影响。成虫羽化后即利用添加益生菌或抗生素的人工饲料饲喂,记录成虫寿命、产卵量和体重变化。结果表明:添加4种益生菌并没有显著改善橘小实蝇雌雄成虫的寿命和生殖;且同时添加2种抗生素对成虫体重和寿命没有显著影响,但显著降低了雌虫产卵量,说明肠道共生细菌对成虫的生殖力有着重要作用,但并非所有的共生细菌都与宿主互利共生。(4)利用荧光蛋白标记定位肠道共生细菌饲喂橘小实蝇后的定殖和传递利用绿色荧光蛋白标记3种肠道共生细菌阴沟肠细菌E.cloacae、粪肠球菌E.faecalis和弗氏柠檬酸杆菌Citrobacter freundii并饲喂橘小实蝇后检测其定殖和传递途径。其中,阴沟肠细菌E.cloacae和粪肠球菌E.faecalis在成虫摄入48h后即形成细菌膜,说明这两种细菌经饲喂能够成功定殖于成虫中肠,但是弗氏柠檬酸杆菌Citrobacterfreundii仅在马氏管中检测出。Efaecalis经卵表面接种后能够经垂直传递,在成虫中肠中检测到并持续表达。本实验证实了肠道共生细菌在橘小实蝇体内可能存在的定殖和传递方式,其定殖和稳定传递能够为基因干扰技术控制害虫提供新思路。总之,本文通过新一代高通量测序技术明确了橘小实蝇成虫、卵、幼虫、蛹不同发育时期肠道共生细菌的种类、多样性和变化;抗生素生测实验表明肠道共生细菌对成虫的生殖起着十分重要的作用,但不是所有的细菌都是互利共生;利用荧光标记揭示了共生菌在橘小实蝇肠道内的定殖和传递方式,筛选到粪肠球菌E.faecalis能定殖于橘小实蝇中肠并能垂直传递。因此,本研究结果丰富了我们对橘小实蝇肠道共生细菌生理作用的认知,为探索新的防控策略控制橘小实蝇的危害提供了科学依据。
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