内共生菌在烟粉虱抗药性和抵御天敌中的作用

昆虫内共生菌在与昆虫长期协同进化中与昆虫形成了密切的共生关系，直接影响昆虫的生物学特性，在提高昆虫竞争力上具有重要作用。目前广泛入侵我国并对农业生产造成严重危害的烟粉虱中含多种共生菌，但其功能的研究还很少。本项目以此为切入点，通过抗生素去除烟粉虱内共生菌和显微操作转染特定内共生菌，研究具不同特定内共生菌烟粉虱种群在抵御寄生蜂、杀虫剂、真菌等外压下的反应，从而探讨内共生菌在烟粉虱抵御外界压力中的作用及其与昆虫协同进化的关系。本项目是烟粉虱入侵生物学研究的难点及国际学术前沿，具有较高的科学意义。今后可以在上述研究的基础上，围绕起关键作用的内共生菌基因开展后续研究，深入明确几种内共生菌的功能及作用机制，并争取确定合适的作用靶标，应用到烟粉虱综合治理中。

烟粉虱是一个物种复合体，包括至少36个形态上相似但遗传结构区别明显的隐种。其中隐种MED和MEAM1广泛入侵我国，在我国许多地方取代了危害不严重的土著烟粉虱，给我国的农业生产造成了巨大危害。内共生菌在宿主昆虫体内发挥许多重要作用，如影响生殖、生长发育、传毒及抗药性等。烟粉虱体内分布有原生共生菌Portiera和多种不同的次生共生菌，这些内共生菌的功能目前还不是很明确。. 本项目首先对我国不同隐种烟粉虱内共生菌的多样性进行分析，结果表明烟粉虱不同隐种携带的共生菌种类及其侵染率差别明显，如Hamiltonella仅在入侵MED和MEAM1隐种中发现； Rickettsia在MED隐种和Asia II1隐种中没有发现，在MEAM1隐种中感染率为100%。基于16S rRNA、gltA和groEL基因系统发育分析我们发现了一种新共生菌OLO，并提议命名为’Candidatus Hemipteriphilus asiaticus’。. 随后，利用抗生素对烟粉虱种群进行处理，结果显示：通过使用利福平溶液人工饲喂烟粉虱后，其体内Portiera和Hamiltonella数量受到影响，且后者比前者更敏感。F1代成虫体内两种内共生菌均没有检出，F2代无成虫羽化。该结果表明，可通过利福平杀死烟粉虱体内的内共生菌从而抑制烟粉虱种群的增长。. 为了深入了解内共生菌在烟粉虱入侵中的作用，我们进行如下研究：1) 内共生菌基因组分析。通过对Portiera和Hamiltonella代谢通路的分析揭示了这两个共生菌之间的互利互作关系。Portiera编码了大量的必需氨基酸合成的基因，但几乎缺失了所有参与辅因子合成的基因，而这些辅因子可能会由Hamiltonella提供。此外，我们通过计算机分析推测出一些合成途径内部可能存在互补作用，如必需氨基酸赖氨酸和苯丙氨酸。2) 烟粉虱含菌细胞转录组分析。含菌细胞表达基因的富集途径主要与代谢和应激反应相关，且代谢富集途径与内共生菌基因组中不完整的途径呈互补。而上调的基因主要参与为内共生菌供给营养、提供栖息地以及限制内共生菌活动等。综上所述，Portiera和Hamiltonella是重要的合作伙伴，上述研究在功能上解释它们是如何为烟粉虱在营养压力条件下提供帮助。同时烟粉虱也可通过与内共生菌互作获取多种必需氨基酸，从而调节韧皮部不均衡的营养。