橘小实蝇肠道真菌多样性及其对宿主的益生作用

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HYB1976
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共生真菌与昆虫之间存在多种多样的互作关系,影响宿主的生长发育、食物消化和吸收、防御以及各种行为等多种生命活动。真菌作为生物防治剂的潜在用途也已得到初步证明,可以通过靶向或利用共生真菌的方法来控制农业和媒介害虫或保护益虫。但是目前关于真菌与昆虫之间的互作研究尚处于初始阶段,并且大部分研究只集中在模式昆虫中。本研究通过高通量测序、经典微生物纯培养和无菌生物学等技术系统研究了农业重要害虫橘小实蝇Bactrocera dorsalis肠道真菌的群落组成及益生作用,为阐明共生真菌与昆虫互作机制提供科学基础,为橘小实蝇的防治提供新策略和靶标。主要结果如下:1橘小实蝇实验室种群肠道真菌的群落结构和多样性利用高通量测序对橘小实蝇一、二、三龄幼虫和成虫肠道真菌的群落结构与多样性进行了研究分析。结果显示一龄幼虫肠道真菌的多样性指数最低,真菌结构组成较为简单。二龄幼虫期的多样性指数最高,肠道中真菌物种丰富度较高。子囊菌门(74.84%)在橘小实蝇不同发育阶段肠道真菌群落中占主导地位。酵母菌是肠道中稳定存在的类群,尤其是毕赤酵母Pichia和假丝酵母Candida。真菌的结构组成随着宿主的发育而不断变化,Candida(67.81%)为一龄幼虫肠道优势菌属;Pichia在二龄幼虫肠道中丰度最高为40.39%,Pichia和Candida是三龄幼虫中主要的类群,丰度依次为29.28%和24.51%,Starmerella(20.13%)主要存在于成虫肠道。qPCR结果表明,大多数真菌集中在幼虫阶段,尤其二龄幼虫肠道中总菌和酵母菌的丰度最高。对肠道可培养真菌进行分离鉴定,从幼虫肠道分离出364株菌,鉴定出13种真菌,其中12种为子囊酵母,仅分离出一种担子酵母Trichosporon asahii,奇怪的是没有从成虫肠道中分离得到真菌。2不同地理种群橘小实蝇幼虫肠道真菌的群落结构和多样性基于上述研究结果,选取真菌丰度和多样性最高的二龄幼虫作为试验对象,利用高通量测序和真菌纯培养方法研究了来自15个不同地理种群橘小实蝇二龄幼虫的肠道真菌群落组成和多样性。测序结果显示不同地理种群橘小实蝇幼虫肠道真菌群落的多样性差异明显。其中,JXMHT(来自江西猕猴桃)与Hu NGJ(来自湖南柑橘)两个种群的肠道真菌群落多样性最低,FJLW(来自福建莲雾)和GXLW(来自广西莲雾)两个种群的肠道真菌群落多样性指数最高。在真菌的组成上,子囊菌门占据了绝对优势(93.67%)。所有幼虫肠道存在酵母菌,其中毕赤酵母属Pichia(52.1%)和假丝酵母属Candida(12.1%)丰度较高,Saturnispora(1.3%)、Starmerella(1.1%)、威克汉姆酵母属Wickerhamomyces(0.27%)和汉逊酵母属Hanseniaspora(0.06%)丰度较低。从不同地理种群幼虫肠道中共分离鉴定出691个酵母菌菌株,分属于8属25种。其中Pichia(57.51%)和Hanseniaspora(26.75%)为优势菌属,其余各菌属物种分离频率较低,包括Saturnispora(5.51%)、Yamadazyma(3.58%)、Wickerhamomyces(2.58%)、Starmerella(2.29%)、Candida(2.0%)和Zygosaccharomyces(0.14%)。对不同种群的肠道真菌结构比较分析发现寄主和地理位置显著影响肠道真菌的组成(p=0.001)。尽管不同橘小实蝇种群的肠道真菌群落组成变异较高,但除JXMHT与Hu NGJ种群外,不同种群幼虫肠道菌群的功能稳定,主要与能量代谢、氨基酸合成代谢与碳水化合物代谢等途径有关。3肠道真菌对橘小实蝇幼虫生长发育的影响我们的研究结果发现抗真菌剂喂食橘小实蝇幼虫清除肠道真菌,显著影响宿主的生长发育,与对照组相比幼虫体长减少29.90%。进一步用单菌回补喂食无菌幼虫的无菌生物学研究方法,研究了上述分离培养的32种橘小实蝇肠道真菌对宿主橘小实蝇幼虫生长发育的影响,包括7种假丝酵母Candida akabanensis、C.ethanolica、C.humilis、C.orthopsilosis、C.quercitrusa、C.sorboxylosa、C.stellimalicola,4种汉逊酵母Hanseniaspora guilliermondii、H.opuntiae、H.thailandica、H.uvarum,10种毕赤酵母Pichia deserticola、P.fermentans、P.galeiformis、P.kluyveri、P.kudriavzevii、P.manshurica、P.membranifaciens、P.occidentalis、P.sporocuriosa、P.terricola,以及Wickerhamomyces anomalus、W.pijperi、Saturnispora bothae、S.diversa、Wickerhamiella pararugosa、Schwanniomyces etchellsii、Starmerella bacillaris、Torulaspora delbrueckii、Trichosporon asahii、Yamadazyma sp.和Zygosaccharomyces bailii。在无菌的香蕉饲料基质中,无菌对照组幼虫(GF)个体无法正常发育,而所有32种酵母菌的回补接种都不同程度显著加速了幼虫的生长发育,其中29种酵母的回补接种处理,幼虫生长发育能完全恢复,其体长达到正常饲养幼虫对照组(CR)的水平。在限制N源的人工饲料中添加测试真菌,大多数真菌回补喂食促进了幼虫的生长发育,而无菌对照组幼虫个体的生长速度相较于正常饲养幼虫对照组则显著降低。其中13种真菌的回补喂食显著增加宿主的生长速率,使幼虫恢复到与正常饲养幼虫对照组一致的生长速度,6种菌株的喂食对幼虫的生长没有显著影响,而P.kudriavzevii的喂食则减缓了幼虫的生长发育,幼虫体长显著低于无菌对照组幼虫。选取促生效果较好的H.uvarum菌株,进一步研究其对宿主的生长发育、体重、翅长和飞行能力的影响。结果表明在限制N源的人工饲料中添加H.uvarum显著提高橘小实蝇的蛹和成虫重量、翅长和飞行能力,并缩短了发育时间。这些结果揭示了H.uvarum从促进宿主橘小实蝇系统生长到提高生态适应性的潜在益生作用。4益生真菌在橘小实蝇规模化扩繁中的应用潜力利用响应面法(response surface methodology,RSM)初步研究了益生真菌在橘小实蝇规模化扩繁中的应用潜力及优化橘小实蝇规模化饲养的幼虫饲料配方。结果表明在不影响幼虫发育历期、蛹重和成虫羽化率的前提下,在饲料中添加H.uvarum,可以减少干酵母成分的添加量,进而降低饲养成本。并获得了一个优化的橘小实蝇饲料配方(375 g):无活性干酵母3.13 g、麦麸87.45 g、H.uvarum菌液4.42 g、玉米粉40 g、蔗糖40 g、水200 mL。相对传统饲料,每份人工饲料可节省成本2.35元。
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