烟粉虱体内共生菌Hamiltonella与Cardinium在宿主防御致病真菌中的作用及机理

During long-term evolution, some symbionts have become helpful in insect resisting pathogenic fungi. Bemisia tabaci (Gennadius) harbors various symbionts. Hamiltonella and Cardinium are the most abundant strains in B. tabaci. However, the effects of them on B. tabaci resisting important pathogenic fungi, for example Paecilomyces fumosoroseus, are still unknown. In this project, we plan to compare the pathogenicity and sublethal effects of P. fumosoroseus on different B. tabaci lines based on the establishment of high virulent P. fumosoroseus strain and B. tabaci lines which are singly infected with Hamiltonella or Cardinium, doubly infected with both Hamiltonella and Cardinium, and symbiont-free. Also, we analyze the relationship between incidence of P. fumosoroseus and infection rate of Hamiltonella and Cardinium in natural B. tabaci populations, revealing the effects of the two symbionts on B. tabaci resisting P. fumosoroseus. Furthermore, to underly the mechanism of symbiont-associated anti-pathogenic effects, we will compare the density and distribution of Hamiltonella and Cardinium with different effects, and analyze the tissue lesion and the immune effector expression in sick B. tabaci. The results will be important to further elucidate the co-evolutionary relationship between B. tabaci and symbionts, as well as to develop accurate and efficient biological control strategies of B. tabaci.

在长期进化过程中，一些共生菌具有了帮助宿主防御致病真菌的功能。烟粉虱体内共生菌种类丰富，其中Hamiltonella与Cardinium是我国烟粉虱中的优势共生菌，然而它们在烟粉虱防御玫烟色拟青霉等重要致病真菌中的作用尚不明确。本项目在已建立了单感染Hamiltonella、单感染Cardinium、双感染Hamiltonella与Cardinium以及不感染共生菌的烟粉虱品系，且已分离获得玫烟色拟青霉高致病力株系的基础上，比较真菌对不同品系致病力差异，分析烟粉虱自然种群中两种共生菌携带率与玫烟色拟青霉感染率的相关性，以明确两种共生菌在烟粉虱防御致病真菌中的作用。并通过比较防御功能不同的共生菌株系在烟粉虱体内含量和分布差异，分析共生菌对感病烟粉虱组织病变及免疫效应因子表达的影响等，揭示共生菌的作用机理。研究结果有助于进一步阐释烟粉虱与共生菌的协同进化关系和制定精准高效的烟粉虱生物防治策略。

昆虫体内携带共生菌的现象普遍存在。烟粉虱Bemisia tabaci是一种世界性害虫，主要通过传播植物病毒造成危害。然而我们对共生菌与烟粉虱的协同进化关系及其机理的认识还不足，特别是共生菌在烟粉虱抵御天敌中的作用还有待揭示。本项目调查了烟粉虱种群中共生菌感染规律及其生态功能，探索了共生菌在烟粉虱防御杀虫真菌中的功能，并解析共生菌在烟粉虱防御杀虫真菌中的功能机制。研究结果显示，烟粉虱种群中的优势共生菌为Hamiltonella、Rickettsia、Cardinium，其中Rickettsia在共生菌群落中占量的优势。多重感染现象普遍，双感染Hamiltonella与Cardinium降低烟粉虱产卵量和雌率，给烟粉虱带来适合度代价，而双感染Hamiltonella与Rickettsia增加烟粉虱产卵量、缩短发育历期，提高了烟粉虱的适合度。田间分离的杀虫真菌爪哇棒束孢Isaria javanica对单感染Hamiltonella（H）、双感染Hamiltonella/Cardinium（HC）、双感染Hamiltonella/Rickettsia（HR）的烟粉虱均具有致死作用。其中，HR烟粉虱死亡速度显著低于H和HC烟粉虱，表现出较高的防御能力。另外，H和HC烟粉虱被爪哇棒束孢致死后会被再次萌发的菌丝包裹，而致死的HR烟粉虱上却鲜有爪哇棒束孢再次萌发。显微观察证明，爪哇棒束孢致死携带Rickettsia的烟粉虱后不能再次萌发，即使萌发出少量菌丝也无法产生孢子。分子检测与定量结果显示，Rickettsia能够在死亡烟粉虱个体中持续存在，且抑制爪哇棒束孢在烟粉虱体内的侵染量及其在死亡烟粉虱体内的增殖，是爪哇棒束孢不能在致死烟粉虱体表萌发并产孢的重要机理。本项目为解析生态链中昆虫-共生菌-病原物之间的互作和能量传递机制打开新视野，同时为制定精准高效的害虫生防策略提供了新依据和新思路。