邴孝利，饒 瓊，欒軍波，劉樹生*

(1.浙江大學(xué)昆蟲科學(xué)研究所農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)昆蟲學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310058;2.浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院，杭州 臨安 311300)

昆蟲共生細(xì)菌是一類普遍存在于寄主昆蟲體內(nèi)的細(xì)菌，其在昆蟲中的分布極為廣泛(Hilgenboecker et al.，2008)。昆蟲共生細(xì)菌可以分為兩類:(1)原生共生細(xì)菌 (primary symbiont)，如蚜蟲體內(nèi)的Buchnera，粉虱體內(nèi)的Portiera等。原生共生細(xì)菌通常分布于特化的寄主昆蟲組織內(nèi)，與寄主昆蟲具有嚴(yán)格的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系，且垂直傳播。一種昆蟲一般只有一種原生共生細(xì)菌 (Baumann，2005)。 (2)次生共生細(xì)菌(secondary symbiont)，如 Hamiltonella、Regiella、Rickettsia、Wolbachia 等 (Moranetal.， 2008;Oliver et al.，2010)。次生共生細(xì)菌侵染寄主昆蟲的歷史相對較短，與寄主昆蟲間的協(xié)同進(jìn)化關(guān)系不緊密。次生共生細(xì)菌可以分布于寄主昆蟲多處組織細(xì)胞內(nèi) (Gottlieb et al.，2008)。與原生共生細(xì)菌不同，次生共生細(xì)菌除可以隨母系生殖垂直傳播外，有些也可以水平傳播。一種昆蟲可有一種或多種次生共生細(xì)菌。

1992年，Clark等 (1992)通過16S rRNA基因序列分析在煙粉虱體內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一種與豌豆蚜Acyrthosiphon pisum體內(nèi)共生細(xì)菌親緣關(guān)系很近的次生共生細(xì)菌，后來Darby等 (2001)在蚜蟲中也發(fā)現(xiàn)了這種共生細(xì)菌，并將其稱為pea aphid Bemisia-like symbiont(PABS)。PABS隸屬于γ變形菌綱，腸桿菌科Enterobacteriaceae，是革蘭氏陰性菌，也曾被稱為T type共生細(xì)菌。2005年Moran等結(jié)合16S-23S rRNA基因、gyrB基因和recA基因的系統(tǒng)發(fā)育結(jié)果及電鏡顯微觀察結(jié)果等數(shù)據(jù)，將PABS命名為“Candidatus Hamiltonella defensa”(Moran et al.，2005b)。鑒于目前研究表明其對寄主抗逆性等特性有重要作用，而國內(nèi)學(xué)者對該菌的關(guān)注較少，本文綜述了目前已有的研究結(jié)果，以供參考。為便于描述，本文中將其簡稱為Hamiltonella。

1 Hamiltonella的形態(tài)與分布

1.1 Hamiltonella的形態(tài)

熒光原位雜交與電鏡的觀察結(jié)果表明，Hamiltonella為桿狀的細(xì)胞，其直徑大約為0.6-0.7 μm，長為 1.5-10 μm(Darby et al.，2001，Moran et al.，2005b，Gottlieb et al.，2008)。

1.2 Hamiltonella的寄主范圍

到目前為止，Hamiltonella只在半翅目昆蟲體內(nèi)被檢測到，且主要發(fā)現(xiàn)于蚜蟲和粉虱體內(nèi)。其中被 Hamiltonella感染的蚜蟲有:Acyrthosiphon pisum， Aphis craccivora， Aphis fabae， Aphis sarothamni， Chaitophorus sp.， Cinara sp.，Geopemphigus sp.， Hyperomyzus lactuceae，Macrosiphum euphorbiae，Metopolophium dirhodum，Pemphigus spyrothecae， Periphyllus bulgaricus，Uroleucon ambrosiae， Uroleucon astronomus，Uroleucon atripes， Uroleucon escalantii， Uroleucon nigrotuberculatum， Uroleucon pieloui， Uroleucon reynoldense，Uroleucon rudbeckiae， Uroleucon sonchi(Haynes et al.，2003，Russell et al.，2003，Degnan and Moran，2008，Telesnicki et al.，2012);被Hamiltonella感染的粉虱有:Trialeurodes vaporariorum和Bemisia tabaci(僅限于煙粉虱入侵隱種 B 和 Q)(Chiel et al.，2007;Gueguen et al.，2010;Skaljac et al.，2010;Chu et al.，2011，Pan et al.，2012;Bing et al.，2013)。除此之外，木虱Cacopsylla pyri體內(nèi)也曾發(fā)現(xiàn)過 Hamiltonella(Russell et al.，2003)。

1.3 Hamiltonella在寄主昆蟲體內(nèi)的分布

Hamiltonella在不同寄主昆蟲體內(nèi)具有完全不同的分布方式 (圖1)。在蚜蟲體內(nèi)，在次生含菌細(xì)胞 (secondary bacteriocytes)、鞘細(xì)胞 (sheath cells)、血淋巴、腸道、卵巢等部位都可以被檢測到 (Darby et al.，2001，Moran et al.，2005b)。但是Hamiltonella在粉虱體內(nèi)僅局限于含菌細(xì)胞內(nèi)，或存在于卵柄的一端 (Gottlieb et al.，2008;Skaljac et al.，2010)。

2 Hamiltonella的傳播方式

2.1 垂直傳播

圖1 Hamiltonella在昆蟲體內(nèi)組織分布的原位雜交圖Fig.1 Localization of Hamiltonella in insect tissues(shown by FISH)

由于Hamiltonella存在于寄主蚜蟲卵巢內(nèi)，因此可以順利地垂直傳播 (Darby et al.，2001;Darby and Douglas，2003)。在煙粉虱繁殖過程中，完整的含菌細(xì)胞會進(jìn)入卵巢，Hamiltonella在此過程中與Portiera一起被垂直傳播到子代 (Szklarzewicz and Moskal，2001;Rosell et al.，2010)。

2.2 水平傳播

Hamiltonella在不同蚜蟲之間的水平傳播可以通過一系列人工注射轉(zhuǎn)移試驗(yàn)證明:將含有Hamiltonella的A蚜蟲體內(nèi)的血淋巴注射入另一無Hamiltonella的B蚜蟲體內(nèi)，則Hamiltonella可以在B蚜蟲體內(nèi)穩(wěn)定垂直傳播 (Oliver et al.，2003，?ukasik etal.，2012)。除此之外，給不含Hamiltonella的豌豆蚜和黑豆蚜Aphis fabae飼喂含有Hamiltonella的豌豆蚜細(xì)胞，則兩種不含Hamiltonella的蚜蟲都可以獲得Hamiltonella且至少能傳3代 (Darby and Douglas，2003)。Hamiltonella還可以在蚜蟲雌雄兩性間進(jìn)行種內(nèi)傳播 (Moran and Dunbar，2006)。對大量田間蚜蟲無性系的調(diào)查及顯微觀察結(jié)果也表明，共生細(xì)菌會入侵蚜蟲細(xì)胞并在蚜蟲世系間進(jìn)行垂直和水平傳播(Sandstrom et al.，2001)。最新的研究表明，寄生蜂科曼尼蚜繭蜂Aphidius colemani寄生時(shí)的產(chǎn)卵器針刺可造成Hamiltonella在黑豆蚜種內(nèi)個(gè)體間的水平傳播 (Gehrer and Vorburger，2012)。

但是，將不含 Hamiltonella的蚜蟲與含有Hamiltonella的蚜蟲放在同一植物上飼養(yǎng)時(shí)，卻未發(fā)現(xiàn)Hamiltonella的水平傳播現(xiàn)象 (Darby and Douglas，2003)。雖然豌豆蚜的蜜露和腹管分泌物中可以檢測到Hamiltonella，但是豌豆蚜無法通過唾液分泌物將Hamiltonella注入植物組織 (Darby and Douglas，2003)。另外，寄生蜂 Eretmocerus emiratus、Eretmocerus eremicus和Encarsia pergandiella均不能通過取食煙粉虱感染Hamiltonella(Chiel et al.，2009)。

3 Hamiltonella在昆蟲體內(nèi)的功能

3.1 Hamiltonella增加蚜蟲對寄生蜂的抗性

Hamiltonella之所以被命名為“defensa”是由于其可以保護(hù)寄主昆蟲免受天敵的危害，特別是寄生蜂的寄生 (Moran et al.，2005b)。2001年Ferrari等發(fā)現(xiàn)在34個(gè)豌豆蚜種群中，不同種群對阿爾蚜繭蜂Aphidius ervi和A.eadyi的抗性有差異(Ferrari et al.，2001)。隨后他們在研究中發(fā)現(xiàn)，含有Hamiltonella的豌豆蚜對A.eadyi的抗性最強(qiáng)，對阿爾蚜繭蜂的抗性次之。但這種相關(guān)性與當(dāng)時(shí)使用的寄主植物有很大的關(guān)系 (Ferrari et al.，2004)。Oliver等 (2003)發(fā)現(xiàn)在控制基因背景的情況下，豌豆蚜在感染Hamiltonella后，可以使阿爾蚜繭蜂幼蟲發(fā)育過程中的死亡率顯著增高。阿爾蚜繭蜂在含有Hamiltonella的豌豆蚜和不含Hamiltonella的對照豌豆蚜上產(chǎn)卵數(shù)目一樣，但阿爾蚜繭蜂產(chǎn)的卵很難在體內(nèi)含有Hamiltonella的豌豆蚜上完成發(fā)育。因此，Hamiltonella可以保護(hù)蚜蟲抵抗寄生蜂的攻擊。

雖然Hamiltonella是由母本垂直傳播的，但其在自然界中有時(shí)也可以水平傳播，并建立具有不同遺傳背景的帶菌蚜蟲種群。豌豆蚜對寄生蜂的抗性是否因不同蚜蟲種群的基因型不同而異?為此，Oliver等建立了分別含有Hamiltonella五個(gè)分離株的同一豌豆蚜無性系種群和含有同一Hamiltonella分離株的五個(gè)不同遺傳背景的豌豆蚜無性系種群，用以檢測各豌豆蚜無性系種群對阿爾蚜繭蜂的抗性水平。結(jié)果發(fā)現(xiàn):不同Hamiltonella分離株的豌豆蚜種群對阿爾蚜繭蜂的抗性為19%到接近100%不等，而含有同一Hamiltonella分離株的不同無性系種群中豌豆蚜對阿爾蚜繭蜂的抗性水平相似 (40%-60%)(2005)。這表明蚜蟲對寄生蜂的抗性水平與Hamiltonella密切相關(guān)，寄主蚜蟲的基因型沒有直接影響蚜蟲對寄生蜂的抗性水平。

蚜蟲體內(nèi)的次生共生細(xì)菌的種類數(shù)也影響蚜蟲對寄生蜂的抗性，某些不同共生細(xì)菌的組合能增加蚜蟲對寄生蜂的抗性，且Hamiltonella對寄生蜂的抵抗作用具有特異性 (Nyabuga et al.，2010)。豌豆蚜被Serratia symbiotica和Hamiltonella兩種共生細(xì)菌雙重侵染后，其對阿爾蚜繭蜂的抗性比只被其中任何一種共生細(xì)菌單獨(dú)侵染的豌豆蚜產(chǎn)生的抗性都強(qiáng) (Oliveretal.，2006)。而且Hamiltonella-Spiroplasma共存和Regiella insecticola-Hamiltonella共存時(shí)，豌豆蚜被寄生后僵化的數(shù)目都有所減少 (Nyabuga et al.，2010)。這說明，一些共生細(xì)菌可協(xié)同調(diào)控并增強(qiáng)寄主對寄生蜂的抗性。

為了探明感染Hamiltonella的蚜蟲抵抗寄生蜂的作用機(jī)理，Moran等通過對蚜蟲血淋巴中的DNA擴(kuò)增得到了一些Hamiltonella的基因組序列和一種相關(guān)的噬菌體APSE-2(bacteriophage 2 of the A.pisum secondaryendosymbiont)(Moranetal.，2005a)。對序列分析后發(fā)現(xiàn)，Hamiltonella含有2個(gè)三型分泌系統(tǒng) (typeⅢ secretion systems，TTSS)。APSE-2含有編碼細(xì)胞致死性腫脹毒素(cytolethal distending toxin，cdtB)同族 體(homolog)的基因及與一種哺乳動物病原體基因類似的基因。ctdB能阻斷真核細(xì)胞的細(xì)胞周期。與APSE-2類似的噬菌體在多種Hamiltonella分離株中都存在。因此，噬菌體很可能參與了蚜蟲抵抗寄生蜂的活動(Oliveretal.， 2009)。Hamiltonella的基因組測序完成后，再次證實(shí)了Moran的結(jié)論 (Degnan et al.，2009)。噬菌體的毒性基因編碼的蛋白使蚜蟲產(chǎn)生了對寄生蜂寄生的抗性，雖然APSE缺失會增加Hamiltonella的密度，但是APSE的缺失會嚴(yán)重干擾Hamiltonella對蚜蟲的共生關(guān)系 (Degnan and Moran，2008;Weldon et al.，2013)。這些觀察表明，APSE、Hamiltonella和蚜蟲三者組成了一個(gè)復(fù)雜的互利共生體系。

此外，Hamiltonella對寄主蚜蟲抵抗寄生蜂的作用會受到環(huán)境溫度的影響。在20℃下一些含有Hamiltonella的蚜蟲 (該蚜蟲為在北美隨機(jī)選擇的種群)對阿爾蚜繭蜂的寄生具有完全的免疫能力。然而當(dāng)溫度升到25℃時(shí)，這種免疫能力明顯下降;30℃時(shí)免疫能力下降更多。不含Hamiltonella的對照組蚜蟲在各個(gè)溫度下均對阿爾蚜繭蜂敏感(Bensadia et al.，2006)。

3.2 Hamiltonella影響寄生蜂對蚜蟲的寄生行為

由于含有Hamiltonella會增加蚜蟲對寄生蜂的抗性，阿爾蚜繭蜂在寄生豌豆蚜?xí)r，也已進(jìn)化出相應(yīng)的對策。阿爾蚜繭蜂會因豌豆蚜是否含有Hamiltonella而改變其產(chǎn)卵行為。在含有Hamiltonella的蚜蟲體內(nèi)產(chǎn)2粒卵會比只產(chǎn)1粒卵顯著增加蚜繭蜂的寄生成功率。因此阿爾蚜繭蜂會在含有Hamiltonella的蚜蟲體內(nèi)產(chǎn)2粒卵，而在不含Hamiltonella的蚜蟲體內(nèi)只產(chǎn)1粒卵，借以提高其在豌豆蚜中的寄生成功率 (Oliver et al.，2012)。

3.3 Hamiltonella增加蚜蟲對高溫的耐受性

在Russell等 (2006)的試驗(yàn)中，對2日齡的豌豆蚜經(jīng)歷如下變溫處理:從18℃開始，在2 h之內(nèi)升溫到37.5℃ (±0.5℃)，維持4 h后，再降回至18℃。經(jīng)此處理之后，含有Hamiltonella的豌豆蚜在熱擊后的存活率比不含Hamiltonella的豌豆蚜的存活率要高出34%，此耐熱性幾乎可以與S.symbiotica誘導(dǎo)的耐熱性持平。

3.4 Hamiltonella有助于植物病毒在媒介昆蟲體內(nèi)的傳播

以色列的B隱種煙粉虱可以傳播番茄黃化曲葉病毒 (Tomato yellow leaf curl virus，TYLCV)，而Q隱種煙粉虱無法傳播TYLCV。B隱種煙粉虱體內(nèi)含有Hamiltonella，而Q隱種煙粉虱體內(nèi)無Hamiltonella。酵母雙雜交和pull down assays兩種方法均顯示，B隱種煙粉虱體內(nèi)的Hamiltonella表達(dá)的GroEL蛋白可以與TYLCV病毒進(jìn)行互作結(jié)合。這說明煙粉虱Hamiltonella的GroEL蛋白在保護(hù)病毒傳播中起關(guān)鍵作用 (Gottlieb et al.，2010)。在中國，煙粉虱B隱種和Q隱種都含有Hamiltonella且都能傳播 TYLCV(Li et al.，2010;Chu et al.，2011;Bing et al.，2013)。 Su 等(2013)利用抗生素利福平去除掉中國境內(nèi)的煙粉虱Q隱種體內(nèi)的Hamiltonella后發(fā)現(xiàn)，與正常含有Hamiltonella的 Q隱種煙粉虱相比，不含Hamiltonella的Q隱種煙粉虱對TYLCV的獲毒、持毒及傳毒能力均有所下降，進(jìn)一步證明了Hamiltonella在煙粉虱傳播雙生病毒的過程中起積極作用。

3.5 Hamiltonella與寄主昆蟲營養(yǎng)的關(guān)系

Douglas等 (2006)比較了含有不同次生共生細(xì)菌的豌豆蚜在含有限定營養(yǎng)成分 (蔗糖與氨基酸)的人工飼料上的生物學(xué)表現(xiàn)，結(jié)果表明共生細(xì)菌對蚜蟲的影響不僅僅是與營養(yǎng)有關(guān)。

另有研究發(fā)現(xiàn)，黑豆蚜在一種唇形科植物L(fēng)amium purpureum上比在另一種寄主植物蠶豆Vicia faba上生長更緩慢，而且當(dāng)蚜蟲體內(nèi)共生細(xì)菌 R.insecticola和 Hamiltonella密度較高時(shí)，L.purpureum對蚜蟲的不利作用表現(xiàn)更明顯。分析發(fā)現(xiàn)，L.purpureum中的氨基酸含量很低，而生長在L.purpureum上的蚜蟲體內(nèi) R.insecticola和Hamiltonella密度都較高。當(dāng)使用類似的低氨基酸含量的人工飼料飼喂蚜蟲時(shí)，蚜蟲生長緩慢，且次生共生細(xì)菌的密度有所增加 (Chandler et al.，2008)。因此，植物韌皮部中的營養(yǎng)成分可以干擾昆蟲控制其體內(nèi)共生細(xì)菌豐度的能力。

3.6 含有Hamiltonella對蚜蟲的利弊

雖然Hamiltonella可以幫助蚜蟲增加對寄生蜂的抗性，因而使得蚜蟲在有寄生蜂脅迫的環(huán)境中具有生存優(yōu)勢，但是在蚜蟲的自然種群中，Hamiltonella的侵染率并不高 (Tsuchida et al.，2002;Simon et al.，2003;Oliver et al.，2006;Vorburger et al.，2009)。對黑豆蚜多個(gè)種群的比較試驗(yàn)結(jié)果表明，與不含Hamiltonella的蚜蟲相比，含有Hamiltonella的蚜蟲繁殖率更高 (Vorburger et al.，2009)。與之類似，Castaneda等 (2010)的研究也表明，含有Hamiltonella的黑豆蚜種群成蟲體型更大，產(chǎn)仔量更高，內(nèi)稟增長率更高。但含有Hamiltonella黑豆蚜與不含該菌的黑豆蚜相比，發(fā)育歷期及后代個(gè)體大小差異均不顯著。而在黑豆蚜種群飼養(yǎng)過程中，含有Hamiltonella的黑豆蚜與不含Hamiltonella的黑豆蚜相比，適應(yīng)能力更強(qiáng)。Vorburger等 (2011)將6個(gè)不同Hamiltonella菌系轉(zhuǎn)入2個(gè)不含Hamiltonella的黑豆蚜無性系中，仔細(xì)比較后發(fā)現(xiàn)，含有Hamiltonella顯著降低了蚜蟲的壽命。

在群體試驗(yàn)中，在沒有寄生蜂脅迫的情況下，含有Hamiltonella的豌豆蚜在與不含該菌的豌豆蚜競爭時(shí)，其種群數(shù)量明顯下降 (Oliver et al.，2008)。但在種群適應(yīng)性試驗(yàn)中，Hamiltonella并未對蚜蟲表現(xiàn)出不利影響，而且含有Hamiltonella的豌豆蚜比不含該菌的豌豆蚜相比，發(fā)育速率較塊，生殖力較高 (Oliver et al.，2008)。這種寄主群體試驗(yàn)與個(gè)體試驗(yàn)之間的差異，原因尚不明了。另外，當(dāng)豌豆蚜在感染了取自豆蚜Aphis craccivora的Hamiltonella菌系后，其在25℃下的平均相對生長速率與感染了取自豌豆蚜的Hamiltonella菌系的蚜蟲相比，明顯增加 (Russell and Moran，2005)。因此，來自不同寄主昆蟲的Hamiltonella菌系對一種寄主昆蟲的作用可有不同。

4 Hamiltonella基因組的研究

對豌豆蚜體內(nèi)Hamiltonella的基因組測序結(jié)果顯示，Hamiltonella基因組大小為2.11 Mb，遠(yuǎn)低于可以自由生長的細(xì)菌如Yersinia和Serratia(4.6-5.4 Mb)。Hamiltonella的基因組含有2100個(gè)預(yù)測的編碼序列，其組成與其他共生細(xì)菌的基因組類似，A+T含量很高 (60%)。Hamiltonella只能合成2種必需氨基酸 (LYS，THR)和7中非必需氨基酸 (ASP，ASN，GLU，GLY，SER，CYS，ALA)，以及除 VB1(thiamine)和 VB5(pantothenate)之外的大多數(shù)必需維生素 (Degnan et al.，2009)。Hamiltonella需要的大多數(shù)必需氨基酸都是蚜蟲所取食的韌皮部汁液中所缺少的(Sandstrom and Pettersson，1994)。而蚜蟲原生共生細(xì)菌Buchnera可以利用有限的碳源、氮源合成各種必需氨基酸 (Douglas，1998)。因此，Hamiltonella與其寄主蚜蟲都依賴Buchnera提供必需營養(yǎng)。Hamiltonella編碼的傳代和調(diào)控細(xì)胞結(jié)構(gòu)所需的基因要比 Buchnera編碼的更多。Hamiltonella染色質(zhì)也包含了編碼一些可能的毒性位點(diǎn)的基因，這包括10個(gè)由兩類Ⅲ型分泌系統(tǒng)傳輸?shù)男?yīng)蛋白和10種完整的RTX(repeats in toxin)毒素及其相關(guān)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 (Degnan et al.，2009)。據(jù)報(bào)道，在一些具致病性的腸桿菌科微生物中(如Salmonella和Yersinia)，Ⅲ型分泌系統(tǒng)有助于細(xì)菌入侵真核細(xì)胞 (Galán and Collmer，1999，Dale et al.，2002)。除此之外，Hamiltonella的基因組流動性很強(qiáng)，含有很多移動DNA，如插入序列、Ⅱ型內(nèi)含子 (groupⅡ introns)、質(zhì)粒等 (Degnan et al.，2009，Degnan et al.，2010)。

煙粉虱Q隱種體內(nèi)的Hamiltonella的基因組草圖顯示其基因組大小≥1.84 Mb，至少含有1806個(gè)預(yù)測的編碼序列和38個(gè)tRNA(Rao et al.，2012)。

5 討論和展望

由于Hamiltonella有助于增加蚜蟲對寄生蜂的抗性，因此在生物防治中使用寄生蜂防控蚜蟲的時(shí)候，需要考慮Hamiltonella的存在對防控效果的影響。尤其是在防治溫室中的蚜蟲、粉虱危害時(shí)，由于環(huán)境封閉，外界環(huán)境因素對種群的干擾較少。此時(shí)，寄生蜂對蚜蟲的選擇壓力是否會使Hamiltonella在蚜蟲種群中的侵染率上升，進(jìn)而引發(fā)蚜蟲對寄生蜂的抗性，影響生物防治的效果，還有待研究。

共生細(xì)菌在寄主昆蟲中的功能研究是近年的熱點(diǎn)，但也因?yàn)槠渖飳W(xué)性狀的特殊性，研究起來難度較大。共生細(xì)菌多數(shù)不能在體外純培養(yǎng)，因此無法利用傳統(tǒng)的微生物學(xué)手段研究。利用抗生素去除共生細(xì)菌，雖有關(guān)于其效果的專一性存在爭議，但仍被認(rèn)為是研究共生細(xì)菌功能的重要手段。尤其在蚜蟲中，該方法極大地幫助了科學(xué)家們研究Hamiltonella在蚜蟲體內(nèi)的生物學(xué)功能(Douglas et al.，2006;Chandler et al.， 2008;McLean et al.，2010)。但是在某些生物系統(tǒng)中，抗生素處理的研究難度較大，且即便抗生素處理成功，利用去除某種細(xì)菌后的寄主種群所做試驗(yàn)的結(jié)果，可能也難以客觀反映該菌的生物學(xué)功能。以煙粉虱為例，Hamiltonella所位于的含菌細(xì)胞高度特化，幾乎相當(dāng)于煙粉虱的一個(gè)器官。雖然已有文獻(xiàn)報(bào)道抗生素處理對煙粉虱的影響，但是不同文獻(xiàn)間的試驗(yàn)結(jié)果相差明顯，且對引起差異的原因一無所知 (Ruan et al.，2006;Ahmed et al.，2010;Su et al.，2013)。因此，這類試驗(yàn)研究的生物學(xué)意義，還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。與在蚜蟲體內(nèi)的分布不同，Hamiltonella在粉虱體內(nèi)與粉虱原始共生細(xì)菌Portiera共同分布于含菌細(xì)胞之內(nèi) (Gottlieb et al.，2008;Skaljac et al.，2010)，二者之間必定有密切的互作而共同影響寄主昆蟲的生物學(xué)特性。利用抗生素去除Hamiltonella后，原始共生細(xì)菌Portiera的作用可能受到明顯影響。因此，去除Hamiltonella后煙粉虱所出現(xiàn)的生物學(xué)特性變化，可能并非Hamiltonella的直接作用所導(dǎo)致的。

除此之外，利用顯微注射等技術(shù)使原本不含Hamiltonella的種群獲得該共生細(xì)菌，進(jìn)而比較獲得細(xì)菌前后寄主昆蟲的生物學(xué)變化，也是研究共生細(xì)菌功能的重要手段。該方法對揭示Hamiltonella協(xié)助蚜蟲抵抗寄生蜂寄生的現(xiàn)象及其機(jī)理有重要貢獻(xiàn) (Oliver et al.，2003，2006，2009)。但是在煙粉虱的研究中，顯微注射的技術(shù)一直沒有發(fā)展起來，迄今為止，尚未發(fā)現(xiàn)成功利用顯微注射技術(shù)使不含Hamiltonella的種群獲得Hamiltonella的報(bào)道。其原因可能是煙粉虱個(gè)體非常小 (成蟲體長約1 mm)，被注射后死亡率非常高，因而無法建立相應(yīng)的寄主種群。

近年來，轉(zhuǎn)錄組學(xué)及細(xì)菌基因組學(xué)的發(fā)展為研究共生細(xì)菌打開了另一扇窗。轉(zhuǎn)錄組學(xué)及細(xì)菌基因組學(xué)有助于宏觀的分析錨定共生細(xì)菌的某些可能具有特殊功能的基因。共生細(xì)菌基因的操作有助于研究該基因在細(xì)菌或寄主昆蟲中的潛在功能。且基因?qū)用娴难芯靠梢詳[脫抗生素處理對不同共生細(xì)菌間的非特異性影響可能導(dǎo)致的關(guān)聯(lián)反應(yīng)，因而更具針對性。

如何探索共生細(xì)菌在寄主昆蟲中的功能，繼而對共生細(xì)菌在寄主中的作用進(jìn)行人為調(diào)控，探索害蟲防治和益蟲利用的新思路，將是以后研究的重點(diǎn)。

References)

Ahmed MZ，Ren SX，Xue X，et al.Prevalence of endosymbionts in Bemisia tabaci populations and their in vivo sensitivity to antibiotics［J］.Current Microbiology，2010，61(4):322-328.

Baumann P.Biology of bacteriocyte-associated endosymbionts of plant sap-sucking insects［J］.Annual Review of Microbiology，2005，59:155-189.

Bensadia F，Boudreault S，Guay JF，et al.Aphid clonal resistance to a parasitoid fails under heat stress［J］.Journal of Insect Physiology，2006，52(2):146-157.

BingXL， Ruan YM， Rao Q， etal. Diversity ofsecondary endosymbionts among different putative species of the whitefly Bemisia tabaci［J］.Insect Science，2013，20(2):194-206.

Castaneda LE，Sandrock C，Vorburger C.Variation and covariation of life history traits in aphids are related to infection with the facultative bacterial endosymbiontHamiltonella defensa ［J］. Biological Journal of the Linnean Society，2010，100(1):237-247.

Chandler SM，Wilkinson TL，Douglas AE.Impact of plant nutrients on the relationship between a herbivorous insect and its symbiotic bacteria［J］.Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences，2008，275(1634):565-570.

Chiel E，Gottlieb Y，Zchori-Fein E，et al.Biotype-dependent secondary symbiont communities in sympatric populations of Bemisia tabaci［J］.Bulletin of Entomological Research，2007，97(4):407-413.

Chiel E，Zchori-Fein E，Inbar M，et al.Almost there:transmission routes of bacterial symbionts between trophic levels［J］.PLoS ONE，2009，4(3):e4767.

Chu D，Gao C，De Barro P，et al.Further insights into the strange role of bacterial endosymbionts in whitefly，Bemisia tabaci:comparison of secondary symbionts from biotypes B and Q in China［J］.Bulletin of Entomological Research，2011，101(4):477-486.

ClarkMA， Baumann L， Munson MA， etal. Theeubacterial endosymbionts of whiteflies(Homoptera:Aleyrodoidea)constitute a lineage distinct from the endosymbionts of aphids and mealybugs［J］.Current Microbiology，1992，25(2):119-123.

Dale C，Plague GR，Wang B，et al.TypeⅢ secretion systems and the evolution of mutualistic endosymbiosis［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2002，99(19):12397-12402.

Darby AC，Birkle LM，Turner SL，et al.An aphid-borne bacterium allied to thesecondary symbiontsofwhitefly［J］. FEMS Microbiology Ecology，2001，36(1):43-50.

Darby AC，Douglas AE.Elucidation of the transmission patterns of an insect- borne bacterium ［J］.Applied and Environmental Microbiology，2003，69(8):4403-4407.

Degnan PH，Leonardo TE，Cass BN，et al.Dynamics of genome evolution in facultative symbionts of aphids［J］.Environmental Microbiology，2010，12(8):2060-2069.

Degnan PH，Moran NA.Evolutionary genetics of a defensive facultative symbiont of insects:exchange of toxin-encoding bacteriophage［J］.Molecular Ecology，2008，17(3):916-929.

Degnan PH，Yu Y，Sisneros N，et al.Hamiltonella defensa，genome evolution of protective bacterial endosymbiont from pathogenic ancestors［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2009，106(22):9063-9068.

Douglas AE.Nutritional interactions in insect-microbial symbioses:aphids and their symbiotic bacteria Buchnera［J］.Annual Review of Entomology，1998，43:17-37.

Douglas AE，F(xiàn)rancois CLMJ，Minto LB. Facultative ‘secondary’bacterialsymbionts and the nutrition of the pea aphid，Acyrthosiphon pisum ［J］.Physiological Entomology，2006，31(3):262-269.

Ferrari J，Darby AC，Daniell TJ，et al.Linking the bacterial community in pea aphids with host-plant use and natural enemy resistance［J］.Ecological Entomology，2004，29(1):60-65.

Ferrari J，Muller CB，Kraaijeveld AR，et al.Clonal variation and covariation in aphid resistance to parasitoids and a pathogen ［J］.Evolution，2001，55(9):1805-1814.

Galán JE，Collmer A.TypeⅢ secretion machines:bacterial devices for protein delivery into host cells［J］.Science，1999，284(5418):1322-1328.

Gehrer L，Vorburger C.Parasitoids as vectors of facultative bacterial endosymbionts in aphids［J］.Biology Letters，2012.

Gottlieb Y，Ghanim M，Gueguen G，et al.Inherited intracellular ecosystem:symbiotic bacteria share bacteriocytes in whiteflies［J］.FASEB Journal，2008，22(7):2591-2599.

Gottlieb Y，Zchori-Fein E，Mozes-Daube N，et al.The transmission efficiency of tomato yellow leaf curl virus by the whitefly Bemisia tabaci is correlated with the presence of a specific symbiotic bacterium species［J］.Journal of Virology，2010，84(18):9310-9317.

Gueguen G， Vavre F， Gnankine O， et al. Endosymbiont metacommunities，mtDNA diversity and the evolution of the Bemisia tabaci(Hemiptera:Aleyrodidae)species complex［J］.Molecular Ecology，2010，19(19):4365-4378.

Haynes S，Darby AC，Daniell TJ，et al.Diversity of bacteria associated with natural aphid populations［J］.Applied and Environmental Microbiology，2003，69(12):7216-7223.

Hilgenboecker K，Hammerstein P，Schlattmann P，et al.How many species are infected with Wolbachia?-a statistical analysis of current data ［J］.FEMS Microbiology Letters，2008，281(2):215-220.

Li M，Hu JA，Xu FC，et al.Transmission of Tomato Yellow Leaf Curl Virus by two invasive biotypes and a Chinese indigenous biotype of the whitefly Bemisia tabaci［J］.International Journal of Pest Management，2010，56(3):275-280.

Tukasik P， vanAschM， GuoH， etal. Unrelated facultative endosymbionts protect aphids against a fungal pathogen ［J］.Ecology Letters，2012，16(2):214-218.

McLean AHC，van Asch M，F(xiàn)errari J，et al.Effects of bacterial secondary symbionts on host plant use in pea aphids ［J］.Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences，2010.

Moran NA，Degnan PH，Santos SR，et al.The players in a mutualistic symbiosis:insects，bacteria，viruses，and virulence genes ［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2005a，102(47):16919-16926.

Moran NA，Dunbar HE.Sexual acquisition of beneficial symbionts in aphids［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2006，103(34):12803-12806.

Moran NA，McCutcheon JP，Nakabachi A.Genomics and evolution of heritable bacterial symbionts ［J］.Annual Review of Genetics，2008，42:165-190.

Moran NA，Russell JA，Koga R，et al.Evolutionary relationships of three new species of Enterobacteriaceae living as symbionts of aphids and other insects［J］.Applied and Environmental Microbiology，2005b，71(6):3302-3310.

Nyabuga FN，Outreman Y，Simon JC，et al.Effects of pea aphid secondary endosymbionts on aphid resistance and development of the aphid parasitoid Aphidius ervi:a correlative study［J］.Entomologia Experimentalis et Applicata，2010，136(3):243-253.

Oliver K，Noge K，Huang E，et al.Parasitic wasp responses to symbiont-based defense in aphids ［J］.BMC Biology，2012，10(1):11.

Oliver KM，Campos J，Moran NA，et al. Population dynamics of defensive symbionts in aphids［J］.Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences，2008，275(1632):293-299.

Oliver KM，Degnan PH，Burke GR，et al.Facultative symbionts in aphids and the horizontal transfer of ecologically important traits［J］.Annual Review of Entomology，2010，55:247-266.

Oliver KM，Degnan PH，Hunter MS，et al.Bacteriophages encode factors required for protection in a symbiotic mutualism ［J］.Science，2009，325(5943):992-994.

Oliver KM， Moran NA， HunterMS. Costsand benefitsofa superinfection of facultative symbionts in aphids［J］.Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences，2006，273(1591):1273-1280.

Oliver KM，Moran NA，Hunter MS.Variation in resistance to parasitism in aphids is due to symbionts not host genotype［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2005，102(36):12795-12800.

Oliver KM， Russell JA， Moran NA， et al. Facultative bacterial symbionts in aphids confer resistance to parasitic wasps［J］.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，2003，100(4):1803-1807.

Pan H，Li X，Ge D，et al.Factors affecting population dynamics of maternally transmitted endosymbionts in Bemisia tabaci［J］.PLoS ONE，2012，7(2):e30760.

Rao Q，Wang S，Su YL，et al.Draft genome sequence of“Candidatus Hamiltonella defensa，”an endosymbiont of the whitefly Bemisia tabaci［J］.Journal of Bacteriology，2012，194(13):3558.

Rosell RC，Blackmer JL，Czosnek H，et al.Mutualistic and dependent relationships with other organisms.In:Stansly PA，Naranjo SE eds.，Bemisia:Bionomics and Management of A Global Pest［M］.NewYork:Springer Netherlands，2010，161-183.

Ruan YM，Xu J，Liu SS.Effects of antibiotics on fitness of the B biotype and a non-B biotype of the whitefly Bemisia tabaci［J］.Entomologia Experimentalis et Applicata，2006，121(2):159-166.

Russell JA，Latorre A，Sabater-Mu?oz B，et al.Side-stepping secondary symbionts:widespread horizontal transfer across and beyond the Aphidoidea［J］.Molecular Ecology，2003，12(4):1061-1075.

Russell JA，Moran NA.Costs and benefits of symbiont infection in aphids:variation among symbionts and across temperatures［J］.Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences，2006，273(1586):603-610.

Russell JA，Moran NA.Horizontal transfer of bacterial symbionts:heritability and fitness effects in a novel aphid host［J］.Applied and Environmental Microbiology，2005，71(12):7987-7994.

Sandstrom J，Pettersson J.Amino-acid-composition of phloem sap and the relation to intraspecific variation in pea aphid(Acyrthosiphon pisum)performance［J］.Journal of Insect Physiology，1994，40(11):947-955.

Sandstrom JP，Russell JA，White JP，et al.Independent origins and horizontal transfer of bacterial symbionts of aphids［J］.Molecular Ecology，2001，10(1):217-228.

Simon J-C，Carré S，Boutin M，et al.Host-based divergence in populations of the pea aphid:insights from nuclear markers and the prevalence of facultative symbionts［J］.Proceedings of the Royal Society of London. Series B:Biological Sciences，2003， 270(1525):1703-1712.

Skaljac M，Zanic K，Ban SG，et al.Co-infection and localization of secondary symbionts in two whitefly species ［J］. BMC Microbiology，2010，10:142.

Su Q， Pan H， Liu B，et al. Insect symbiont facilitates vector acquisition，retention，and transmission of plant virus ［J］.Scientific Report，2013，3.

Szklarzewicz T，Moskal A.Ultrastructure，distribution，and transmission of endosymbiontsin the whitefly Aleurochiton acerisModeer(Insecta，Hemiptera，Aleyrodinea)［J］.Protoplasma，2001，218(1-2):45-53.

Telesnicki MC，Ghersa CM，Martinez-Ghersa MA，et al.Molecular identification of the secondary endosymbiont Hamiltonella defensa in the rose-grain aphid Metopolophium dirhodum ［J］.Revista Argentina de Microbiologia，2012，44(4):255-258.

Tsuchida T，Koga R，Shibao H，et al.Diversity and geographic distribution of secondary endosymbiotic bacteria in natural populations of the pea aphid，Acyrthosiphon pisum［J］.Molecular Ecology，2002，11(10):2123-2135.

Vorburger C，Gouskov A.Only helpful when required:a longevity cost of harbouring defensive symbionts［J］.Journal of Evolutionary Biology，2011，24(7):1611-1617.

Vorburger C，Sandrock C，Gouskov A，et al.Genotypic variation and the role of defensive endosymbionts in an all-parthenogenetic host-parasitoid interaction ［J］.Evolution，2009，63(6):1439-1450.

Weldon SR，Strand MR，Oliver KM.Phage loss and the breakdown of a defensive symbiosis in aphids［J］.Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences，2013，280(1751):237-243.