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节肢动物普遍感染多种共生菌,共生菌在其宿主与植物的互作中发挥着重要的作用。研究昆虫-共生菌-植物三者互作关系,有助于更好地了解昆虫的暴发、共生菌的扩散、以及三者之间的共进化过程。截形叶螨Tetranychustruncatus Ehara是我国重要的农业害虫,目前已成为许多农作物上的绝对优势害螨。近年来在我国呈暴发趋势,严重威胁着农作物的产量与品质。截形叶螨普遍感染多种共生菌,共生菌给予宿主的适合度优势,可能是害虫种群暴发的潜在因子之一。然而,有关截形叶螨共生菌在我国的分布与发生规律,共生菌类群的多样性及影响因素,以及共生菌在叶螨与植物互作中的作用机制并不清楚。考虑到叶螨-共生菌-植物在能量和空间上的紧密联系,以及共生菌在害虫种群暴发中的重要作用,迫切需要从叶螨-共生菌-植物三者互作的角度出发,系统全面地研究叶螨共生菌的变化及对宿主与植物互作的调控作用及机制。在本研究中,首先检测了截形叶螨自然种群共生菌的感染情况,分析宿主生态因子与感染率的关联性;其次,在室内可控的环境条件下,分别探究寄主植物、温度、抗生素处理对截形叶螨共生细菌群落多样性及次级共生菌丰富度的影响,并研究共生菌丰富度的变化对宿主适合度的调控作用;另外,比较感染与不感染共生菌的截形叶螨对宿主植物番茄及宿主唾液蛋白组分的影响,明确共生菌在其宿主与植物互作中的作用及机制。研究结果如下:1.截形叶螨内共生菌的发生及与宿主生态因子的关联性对采自全国21个不同地区12种寄主植物上的935头截形叶螨内共生菌调查发现,3种共生菌Wolbachia,Cardinium和Spiroplasma在我国大部分截形叶螨自然种群中均有分布,3种共生菌感染率在不同截形叶螨地理种群间存在很大差异;分析截形叶螨生态因子与共生菌的发生关系,发现地理因素(经纬度和海拔)和气候因素(温度和降雨量)对3种共生菌的感染率产生影响,其中地理因素起主导作用;共生菌Wolbachia的感染率还与寄主植物种类相关。多重共生菌感染现象在截形叶螨自然种群中的发生比预期更为普遍。2.寄主植物对截形叶螨微生物类群的改变调控宿主的生殖采用16S rRNA扩增子高通量测序技术,比较抗生素处理与未处理的截形叶螨,在5种植物(菜豆、黄瓜、茄子、棉花和番茄)上饲养6代后,截形叶螨共生菌群落多样性和结构的变化。发现抗生素降低截形叶螨细菌多样性,寄主植物同样影响其细菌多样性。抗生素处理对截形叶螨母系遗传内共生菌Wolbachia和Spiroplasma相对丰富度显著减低,但在不同的植物上存在差异。在所有寄主植物上,抗生素处理后降低截形叶螨产卵量。表明寄主植物与抗生素能够塑造叶螨细菌类群,内共生菌丰度的变化影响截形叶螨的生殖。3.温度对截形叶螨微生物多样性与宿主生殖的影响在室内不同温度条件(20、25、30和35℃)下饲养抗生素处理与未处理的截形叶螨1代,采用16S rRNA扩增子高通量测序技术,研究温度对叶螨微生物多样性以及生殖的影响。结果显示,温度改变截形叶螨共生菌的群落结构以及内共生菌的相对丰富度,在20℃条件下饲养截形叶螨1代,内共生菌Wolbachia丢失。在所有供试温度条件下,抗生素处理均降低叶螨的产卵量,降低幅度随温度而变化。4.截形叶螨共生菌对番茄防御反应及氨基代谢的影响比较感染与未感染共生菌Wolbachia-Spiroplasma截形叶螨取食番茄过程中,共生菌对其宿主与植物互作关系的影响。发现感染共生茵Wolbachia-Spiroplasma显著提高截形叶螨在活体番茄上的产卵量。感染共生菌的截形叶螨为害番茄,改变其诱导的植物防御酶活性、及茉莉酸(JA)与水杨酸(SA)代谢相关基因的表达量,但对JA与SA的累积含量并无显著影响,表明这种调控作用主要发生在JA与SA合成的下游,共生菌的存在能够改变番茄对叶螨的防御应答,且SA-JA之间并无拮抗作用;另外,感染共生菌Wolbachia-Spiroplasma截形叶端取食番茄,显著消耗番茄体内游离氨基酸含量。感染共生菌对番茄防御反应及氨基酸代谢的调控,可能是其提高宿主生殖的重要因素。5.截形叶螨共生菌对宿主唾液蛋白的影响叶螨唾液蛋白是叶螨与寄主植物相互作用的关键因子。利用Shotgun LC-MS/MS方法,鉴定比较感染和未感染共生菌Wolbachia-Spiroplasma截形叶螨的唾液蛋白组分。共鉴定177种唾液蛋白,其中14种蛋白为感染共生菌截形叶螨所特有。唾液蛋白主要为唾液酶,还包括ATP-结合蛋白、激动蛋白、热激蛋白、卵黄原蛋白等,大多数蛋白具有催化活性和结合功能。感染共生菌对叶螨的唾液蛋白组分的改变可能是其调控植物-叶螨互作的潜在因素。总之,本研究明确了我国截形叶螨自然种群共生菌的感染情况,结合田间调查与室内研究,阐明不同环境因子对截形叶螨细菌微生物多样性的改变,以及共生菌类群的改变对宿主适合度的影响;另外,揭示了共生菌在其宿主与植物互作中的作用及机制。研究结果有助于阐明叶螨-共生菌-植物三者的互作关系,为该害虫的综合防治和保障农业生产安全提供理论指导。