Euops属卷叶象甲与共生真菌的协同进化及化学机制

Fungi and insects, as the two largest groups of organisms, have interacted for a long time and coevolved various relationships such as symbiosis, parasitism, predation etc. The coevolutionary and chemical mechanisms of ant-fungus mutualism and beetle-fungus mutualism have been well documented, while that of Euops weevils and their mycetangial fungi have not been well understood. The aims of current proposal are 1) to investigate the microbial community of the Euops weevils, leaf cradles and the host plant leaves; 2) to identify the symbiotic microbes in the mutualism relationship by detecting the antagonistic interactions between the dominant microbes and other microbes; 3) to observe and determine the distribution of symbiotic microbes on the Euops weevil, leaf cradle and host plant leaves by in situ hybridization localization analysis; 4) to identify the chemical mechanism of Euops weevils and symbiotic microbes by identifying the secondary metabolites and evaluate their anti-microbial activities. The results will not only provide comprehensive understanding co-evolution between fungi and insects, but also can lead to potential drug discovery.

昆虫与真菌是自然界最大的两类生物，长期协同进化形成了共生、寄生、捕食等复杂的互作关系。Attine蚂蚁、白蚁与菌圃真菌及小蠹虫与蛀道真菌等是真菌与昆虫互惠共生和协同进化的典型代表,具有复杂的互作机制。然而Euops属卷叶象甲与叶苞真菌作为另一类典型的共生协同进化关系，它们的这种共生关系维持机制尚未明确。本项申请拟通过Euops属卷叶象甲、叶苞及宿主植物叶片微生物群落分析，明确优势微生物类群；通过优势微生物类群及拮抗关系测定，明确形成共生关系的关键物种；通过共生菌原位杂交定位研究，明确其时空分布动态及协同进化关系；通过共生菌次生代谢产物及抗菌活性分析，揭示共生真菌与卷叶象甲协同进化的化学机制。研究结果不仅丰富真菌与昆虫协同进化理论体系，同时为重要的抗菌化合物发现提供新的资源。

昆虫与真菌是自然界中最大的两类生物，经过长期协同进化形成了共生、寄生、捕食等复杂的互作关系。Attine蚂蚁、白蚁与菌圃真菌及小蠹虫与蛀道真菌等是真菌与昆虫互惠共生和协同进化的典型代表，具有复杂的互作机制。然而Euops属卷叶象甲与叶苞真菌作为另一类典型的共生协同进化关系，它们这种共生关系的维持机制尚未明确。本项目依托中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室平台，利用培养方法和非培养方法对Euops属卷叶象甲、叶苞及宿主植物叶片微生物群落进行分析，同时对共生关键物种抗菌次生代谢产物进行分离、鉴定及抗菌活性研究，揭示了共生真菌与卷叶象甲协同进化的化学机制。项目取得以下重要成果：.（1）明确了卷叶象甲和叶苞主要的优势微生物类群为Penicillium，其中P. herquei为优势种群；除了已经报道的卷象储菌器，腹部菌梳等结构，雌性卷象虫体更多特化的结构参与了这个过程，如长有锯齿的前足和特化的下颚。.（2）采用分离培养及非培养方法对Euops属卷叶象甲共生微生物群落分析。结果显示在真菌群落方面，雌性卷叶象甲和叶苞中真菌组成与环境土壤和空白叶片显著不同，前两者主要由P. herquei作为优势种。在细菌群落方面，叶苞中细菌组成与雌性卷叶象甲的也显著不同，其中Rickettsia和Serratia在雌性卷叶象甲、不同发育阶段叶苞和空白叶片样品中较为丰富。而昆虫致病菌Paecilomyces在空白叶片中较为丰富，但在叶苞中含量的较少，这表明了P. herquei能够有效地调节叶苞中微生物群落保证其幼虫的顺利发育成熟。有意思的是我们在新孵化出的卷叶象甲成虫体内检测到了P. herquei的存在，由此可以推测共生真菌在卷叶象甲世代中垂直传播，即新孵化雌虫从叶苞中获得共生真菌孢子，存放在其储菌器中和以酵母细胞方式进行孢子繁殖，在明年繁殖时接种使用。.（3）平板对峙实验结果显示共生真菌P. herquei对虎杖叶际微生物有很强的拮抗作用，进一步分析显示P. herquei能够产生高含量的抗生素(+)-scleroderolide, 纯化合物及叶苞粗提物均能够显著抑制叶际微生物，说明该化合物能够保护卷象的菌圃免受杂菌的危害。