張　焱， 張毅波， 張　婧， 郭建洋， 郭建英， 劉　懷， 萬方浩*

1西南大學植物保護學院，重慶 400716； 2中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所，農(nóng)業(yè)病蟲害生物學國家重點實驗室，北京 100193

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刺吸式昆蟲次生內(nèi)共生菌的研究進展

張焱1,2， 張毅波2， 張婧1,2， 郭建洋2， 郭建英2， 劉懷1， 萬方浩2*

1西南大學植物保護學院，重慶 400716； 2中國農(nóng)業(yè)科學院植物保護研究所，農(nóng)業(yè)病蟲害生物學國家重點實驗室，北京 100193

摘要:蚜蟲作為典型的刺吸式昆蟲，需要以取食植物韌皮部汁液來補充營養(yǎng)，幾乎所有蚜蟲均帶有一種能為其提供植物韌皮部缺失營養(yǎng)物質(zhì)的初生共生菌Buchneraaphidicola。此外，蚜蟲還可攜帶一種或多種次生內(nèi)共生菌。在眾多共生菌—寄主系統(tǒng)中，蚜蟲與其所帶內(nèi)共生菌間的互作研究最為透徹。雖然次生內(nèi)共生菌對寄主的存活和生殖影響并不顯著，但其在寄主對環(huán)境耐受力、天敵防御能力等方面作用明顯。本文在查閱大量蚜蟲次生內(nèi)共生菌相關文獻的基礎上，著重對蚜蟲次生內(nèi)共生菌的種類及傳播規(guī)律、次生內(nèi)共生菌對蚜蟲表型的影響、蚜蟲次生內(nèi)共生菌基因組學等方面的研究現(xiàn)狀進行綜述，以求為刺吸式昆蟲次生內(nèi)共生菌的研究提供參考。

關鍵詞:刺吸式昆蟲； 蚜蟲； 內(nèi)共生菌； 水平傳播

刺吸式昆蟲通過取食植物韌皮部汁液來補充營養(yǎng)，但其所取食的營養(yǎng)物質(zhì)有限，不能完全滿足生命所需，因此這類昆蟲通常都攜帶一種或多種能夠補充植物韌皮部缺失營養(yǎng)物質(zhì)的內(nèi)共生細菌。正因為這一特殊屬性，刺吸式昆蟲與內(nèi)共生菌相互作用的模式和機制也成為當前的研究熱點。

蚜蟲類害蟲為典型的刺吸式昆蟲，幾乎所有的蚜蟲均帶有一種能夠為其提供植物韌皮部缺失營養(yǎng)物質(zhì)的初生共生菌Buchneraaphidicola。此外，蚜蟲還攜帶一種或多種次生內(nèi)共生菌。雖然次生內(nèi)共生菌對寄主的存活和生殖影響并不顯著，但其在寄主對環(huán)境耐受力、天敵防御能力等方面作用明顯。在眾多共生菌—寄主系統(tǒng)中，蚜蟲與其所帶內(nèi)共生菌間的互作研究最為透徹。本文收集并整理了蚜蟲次生內(nèi)共生菌的相關文獻，著重對蚜蟲次生內(nèi)共生菌的種類及傳播規(guī)律、次生內(nèi)共生菌對蚜蟲表型的影響、蚜蟲次生內(nèi)共生菌基因組學等方面的研究現(xiàn)狀進行綜述，以期為刺吸式昆蟲次生內(nèi)共生菌的研究提供參考。

1蚜蟲次生內(nèi)共生菌的種類及傳播規(guī)律

1.1蚜蟲內(nèi)共生菌的發(fā)現(xiàn)及種類鑒定

蚜蟲攜帶的共生菌可分為專性初生共生菌(obligate primary symbiont)和兼性次生共生菌(facultative secondary symbiont)。據(jù)報道，所有蚜蟲都帶有一種初生共生菌布赫納氏菌Buchnerasp.,屬變形菌門Proteobacteria γ-變形菌綱Gammaproteobacteria腸桿菌科Enterobacteriaceae布赫納氏屬Buchnera。研究最多的初生共生菌是蚜蟲布赫納氏菌Buchneraaphidicola。初生共生菌是蚜蟲體內(nèi)最原始也是最穩(wěn)定的共生菌，只存在于蚜蟲腹部血腔中特化的含菌胞(bacteriocyte)內(nèi)，通過母代卵子垂直傳播給下一代(Munsonetal.,1991; Untermanetal.,1989)。該菌能夠提供寄主蚜蟲所缺少的多種必需營養(yǎng)物質(zhì)(如多種氨基酸、維生素)(Nakabachi & Ishikawa,1997)，對維持蚜蟲營養(yǎng)代謝和正常生殖與發(fā)育發(fā)揮了重要作用(Braendleetal.,2003; Buchner,1965; Douglas & Prosser,1992)。

次生共生菌個體小，形狀不規(guī)則，分布廣泛(既可分布于菌胞中，也可零星分布于昆蟲血腔中),因此在早期研究中受到的關注較少，即使偶爾被觀察或檢測到也沒有引起重視。這期間(1930—1950年)，德國著名昆蟲微生物學家Paul Buchner和他的團隊對蚜蟲次生內(nèi)共生菌進行了大量研究。他們利用簡單的光學顯微鏡觀察到了蚜蟲體內(nèi)的初生共生菌和一些次生共生菌，限于當時顯微觀測水平，并沒有從細胞形態(tài)水平上鑒定次生共生菌的種類，但已經(jīng)注意到這種共生菌不規(guī)則的分布規(guī)律，尤其以綱管蚜族Macrosiphini和大蚜族Lachnini居多。隨著電子顯微鏡的應用，蚜蟲內(nèi)共生菌的形態(tài)描述和分布才進一步被明確(Griffiths & Beck, 1973; Hinde,1971; Mclean & Houk,1973)。

隨著分子生物學的發(fā)展，尤其是對昆蟲共生菌基因序列的擴增(PCR)、克隆和測序等技術(shù)的發(fā)展和應用，從分子水平上對蚜蟲內(nèi)共生菌種類的鑒定和系統(tǒng)發(fā)育關系的分析成為可能。Untermanetal.(1989)首次基于蚜蟲的16s rRNA序列分析了美國加利福尼亞地區(qū)蚜蟲內(nèi)共生菌的種類多樣性及系統(tǒng)發(fā)育關系，研究結(jié)果揭示了初生共生菌Buchneraaphidicola屬變形菌門γ-變形菌綱，同時檢測到少量屬于腸桿菌科的次生內(nèi)共生菌(后被命名為CandidatusSerratiasymbiotica)。之后，類似研究大量出現(xiàn)。Chenetal.(1996)和Chen & Purcell(1997)鑒定了美國加州豌豆蚜Acyrthosiphonpisum(Harris)上帶有的一種立克次氏體菌Richettsia和沙雷氏菌Serratiasymbiontica。Fukatsuetal.(2000)發(fā)現(xiàn),不同地理種群(日本、法國和美國)的豌豆蚜上僅有一種次生內(nèi)共生菌(沙雷氏菌),且基因序列完全相同。進一步分析發(fā)現(xiàn)，一種螺原體菌Spiroplasma最初起源于日本豆蚜品系(Fukatsuetal.,2001)。同時，Sandstr?metal.(2001)通過對長管蚜族Macrosiphine的15個蚜蟲種群系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn)，除初生共生菌B.aphidicola外，還有3種次生內(nèi)共生菌存在于蚜蟲體內(nèi)，且都屬于腸桿菌科：(1)R類共生菌(R-type)，與前期報道的沙雷氏菌S.symbiotica類似；(2)T類共生菌(T-type)，與前期在煙粉虱上鑒定的CandidatusHamiltonelladefensa類似；(3)U類共生菌(U-ype)，為H.defensa的一種姐妹群，后被定名為CandidatusRegiellainsecticola。Russelletal.(2003)通對美國15個族的75種蚜蟲內(nèi)共生菌的分析發(fā)現(xiàn)，以上3種內(nèi)共生菌廣泛存在于各個蚜蟲種群中，除此之外還含有一些屬于腸桿菌科的其他次生內(nèi)共生菌，如昆蟲殺雄菌Arsenophonus。Haynesetal.(2003)在英格蘭的5個蚜蟲種群上也檢測到了以上3種內(nèi)共生菌和一種螺原體菌，但是攜帶情況并不穩(wěn)定。在法國種群上，類似的結(jié)果也被檢測到，另外還發(fā)現(xiàn)了立克次氏體(Simonetal.,2003)。然而在日本種群中，研究人員只檢測到了除H.defensa外的2種腸桿菌科的共生菌，一種螺原體菌和立克次氏體(Tsuchidaetal.,2002)。據(jù)此可知，蚜蟲所攜帶的次生內(nèi)共生菌隨蚜蟲種類和地理種群的變化呈現(xiàn)多樣性。

1.2蚜蟲次生內(nèi)共生菌的傳播規(guī)律

蚜蟲次生內(nèi)共生菌大多存在于蚜蟲的血淋巴中，有些也存在于菌胞中，主要隨母代垂直傳播。然而，有研究表明，次生內(nèi)共生菌也可以在種內(nèi)和種間發(fā)生水平傳播。Chen & Purcell (1997)通過比較蚜蟲Macrosiphumrosae(L.)和A.kondoiShinji的核糖體基因序列,發(fā)現(xiàn)兩者可能攜帶相同的次生內(nèi)共生菌，為次生內(nèi)共生菌的水平傳播提供了分子依據(jù)。進一步研究表明，帶菌和不帶菌的蚜蟲同時取食一種寄主植物，不會導致共生菌的水平傳播(Chenetal.,2000; Darby & Douglas,2003)，但是當感菌和不感菌的蚜蟲在籠罩中混合飼養(yǎng)時，蚜蟲體內(nèi)的共生菌發(fā)生了水平傳播(Oliveretal.,2008)。蚜蟲不會通過唾液將共生菌H.defensa注入植物組織，但是在寄主的蜜露和腹管分泌物中卻檢測到了共生菌(Darby & Douglas,2003)，這可能是共生菌發(fā)生水平傳播的原因。此外，父代傳播也可能在兩性種群間發(fā)生水平傳播，當帶有次生內(nèi)共生菌的雄性蚜蟲嘗試與雌性蚜蟲交配時，盡管并沒有發(fā)生受精，但是這種行為可能導致共生菌的傳播；當母代和父代均帶有不同內(nèi)共生菌時，子代可能同時攜帶2種不同的共生菌(Moran & Dunbar,2006)。

2蚜蟲次生內(nèi)共生菌引起的寄主表型

多數(shù)蚜蟲營孤雌產(chǎn)雌的生活方式，這有利于在室內(nèi)建立基因型相同但所帶共生菌不同的不同蚜蟲種群或品系，進而研究特定的可遺傳內(nèi)共生菌對宿主的生態(tài)和生活史表型的影響，以明確不同內(nèi)共生菌在寄主上的表型。

2.1寄主防御效應

微生物，尤其是細菌，具有產(chǎn)生多種生物活性物質(zhì)的能力(如毒素)，有些昆蟲能夠利用這些物質(zhì)保護自身，增加自身存活率、生殖能力或天敵死亡率。研究表明，H.defensa內(nèi)共生菌能夠為昆蟲提供抵御天敵的能力(Oliver & Moran,2009)。

次生內(nèi)共生菌能夠提高蚜蟲對其優(yōu)勢寄生蜂阿爾韋蚜繭蜂Aphidiuservi的防御能力。Oliveretal.(2003)發(fā)現(xiàn)寄生蜂A.ervi在攜帶不同次生內(nèi)共生菌的3種美國地理種群的豌豆蚜(亞利桑那州Tucson,紐約州Cayuga,紐約州Tompkins)上的寄生率不同。只攜帶S.symbiotica和H.defensa的蚜蟲品系寄生蜂的寄生率顯著降低。進一步研究發(fā)現(xiàn)，攜帶不同H.defensa且具有相同遺傳背景的蚜蟲對寄生蜂的防御能力也不同，而攜帶相同H.defensa的不同遺傳背景的蚜蟲對寄生蜂的防御能力無差別(Oliveretal.，2005)，說明內(nèi)共生菌才是引起蚜蟲對寄生蜂防御能力差異的主要因子。在英國也發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果(Ferrarietal.,2001、2004)。

不帶菌的蚜蟲品系對寄生蜂表現(xiàn)出較高的敏感性，表明蚜蟲本身可能缺少對寄生蜂有效的防御機制。一般蚜蟲對寄生蜂具有較弱的自我防御能力，甚至細胞內(nèi)沒有胞囊反應(Bensadiaetal.,2006)。然而，當蚜蟲感染H.defensa后，寄生蜂的寄生率顯著降低，這表明感染次生內(nèi)共生菌可能為豌豆蚜提供了抵御寄生蜂攻擊的能力。進一步研究表明，感染H.defensa的蚜蟲對寄生蜂所產(chǎn)生的抗性是由一類外來噬菌體引起，稱為豌豆蚜次生內(nèi)共生菌(A.pisumsecondary endosymbiont,APSE)(Degnan & Moran,2008a; Moranetal.,2005; Oliveretal.,2009； van der Wilketal.,1999)。H.defensa的改變由其所帶噬菌體種類(APSE-1,APSE-2等)的變化引起，不同的噬菌體編碼含不同的毒素蛋白，進而導致蚜蟲產(chǎn)生不同程度的防御力(Degnan & Moran,2008b； Moranetal.,2005)。感染APSE-2(編碼了一種細胞致死膨脹毒素)的H.defense蚜蟲可獲得中等水平的寄生蜂防御能力，導致近40%的寄生蜂死亡(Oliveretal.,2003、2005)；然而，帶有APSE-3(編碼一種YD-重復蛋白質(zhì)，Degnan & Moran,2008a)的H.defense蚜蟲具有較高水平的寄生蜂防御力，引起超過85%的寄生蜂死亡(Oliveretal.,2005)。相反，不帶APSE但含有H.defensa的蚜蟲，盡管含有的10個染色體位點與高防御力的APSE-3相似性非常高，但僅表現(xiàn)出較低的寄生蜂防御力(約15%)(Oliveretal.,2005)。室內(nèi)環(huán)境下，僅含有H.defensa的蚜蟲種群對寄生蜂的防御力顯著降低(Oliveretal.,2009)。進一步研究發(fā)現(xiàn)，APSE噬菌體的缺失不僅改變了帶H.defensa蚜蟲對寄生蜂的防御力，而且進一步延緩了蚜蟲的產(chǎn)卵時間，并降低了后代個體的大小和總的生殖力(Weldonetal.,2013)。

共生菌增加了蚜蟲對天敵的防御能力，那么天敵會采取何種措施應對這一改變？Oliveretal.(2012)發(fā)現(xiàn)，阿爾韋蚜繭蜂在選擇性試驗中傾向于在不帶共生菌的蚜蟲上產(chǎn)1粒卵，而在含有共生菌的蚜蟲上產(chǎn)2?；蚋嗦选＜纳溥@種產(chǎn)卵行為的改變可以增加寄生蜂克服蚜蟲防御能力的機率，表明寄生蜂對蚜蟲是否帶菌具有一定的識別和選擇能力；同時表明，天敵昆蟲并不是防御性共生菌的被動犧牲品，蚜蟲和寄生蜂之間可能存在一種由共生菌調(diào)控的協(xié)同進化競爭的關系。

除了能改變蚜蟲對寄生性天敵的防御能力外，內(nèi)共生菌也能改善其對一些有害微生物的防御能力。蚜蟲的專一性蟲生真菌——新蚜蟲癘霉Pandoraneoaphidis利用孢子發(fā)芽產(chǎn)生菌絲，寄生于蚜蟲的表皮，進而侵入蚜蟲外殼并殺死蚜蟲。Ferrarietal.(2001)發(fā)現(xiàn)，感染R.insecticola的不同豌豆蚜種群對新蚜蟲癘霉的防御力不同。另外，Scarboroughetal.(2005)將帶有R.insecticola的蚜蟲體液顯微注射到不帶菌的個體中，發(fā)現(xiàn)蚜蟲對真菌Pandora的防御力顯著增加。

2.2溫度耐受性

一個物種能夠耐受的溫度范圍和變化強度是決定該物種地理分布范圍的重要因子。許多蚜蟲不耐高溫，在高溫下常常表現(xiàn)為存活率、生殖力降低，發(fā)育速率加快(Chenetal.,2000)。研究表明，低于25～28 ℃，多種蚜蟲適合度顯著降低；超過38～40 ℃，大多數(shù)蚜蟲不能存活(Chenetal.,2000; Fenjves,1945; Maetal.,2004; Turaketal.,1998)。這種情況下，蚜蟲體內(nèi)類菌體和B.aphidicola細胞的數(shù)量迅速降低(Douglas,1989; Montlloretal.,2002; Ohtaka & Ishikawa,1991)。

在炎熱地區(qū)(如美國加利福尼亞中部山谷)，豌豆蚜的S.symbiotica感染率達80%。當帶S.symbiotica或Rickettsia的蚜蟲個體經(jīng)低溫處理后轉(zhuǎn)移到常溫25 ℃下，生殖力顯著高于不帶菌的處理。然而，2個帶菌蚜蟲種群的適合度并沒有表現(xiàn)出顯著的差異，表明共生菌與蚜蟲基因型對其生活史的影響存在一定的交互效應(Chenetal.,2000)。經(jīng)39 ℃高溫處理4 h后，50%帶S.symbiotica的蚜蟲種群能恢復生殖力，但不帶菌的蚜蟲種群幾乎喪失生殖能力(Montlloretal.,2002)。當較低齡期蚜蟲若蟲遭受熱擊時，S.symbiotica的保護效應更加顯著。熱處理后，帶S.symbiotica的蚜蟲保持了70%的類菌體細胞，不帶菌的蚜蟲僅僅維持了7%，這一結(jié)果表明，蚜蟲感染S.symbiotica，保護了共生菌B.aphidicola免受高溫的損害(Montlloretal.,2002)。

Russell & Moran (2006)通過對美國亞利桑那、威斯康星和紐約3個地區(qū)的豌豆蚜種群研究發(fā)現(xiàn)，高溫條件下，S.symbiotica對蚜蟲的存活率、發(fā)育歷期和生殖力存在促進作用，不同的共生菌品系對蚜蟲具有不同的保護水平。從高緯度氣溫較低的地區(qū)(威斯康星和紐約)分離到的S.symbiotica與亞利桑那品系在高溫條件下相比，其對蚜蟲具有較低的保護能力。2種共生菌(H.defensa和R.insecticola)在高溫下對蚜蟲的保護效應不同，前者能夠提高蚜蟲的存活率，但是對生殖力和發(fā)育歷期影響不大。此外，B.aphidicola的熱擊基因啟動子的重復突變對豌豆蚜的高溫耐受性起到了一定作用，這可能是由于兼性共生菌對蚜蟲高溫耐受力的影響產(chǎn)生交互效應(Dunbaretal.,2007)。田間蚜蟲種群遭受高溫處理時，帶S.symbiotica且B.aphidicola啟動子活躍的蚜蟲的高溫耐受性要顯著高于不帶菌且啟動子不活躍的蚜蟲(Harmonetal.,2009)。然而，耐高溫的蚜蟲因為密度效應更容易遭受天敵的捕食，這也表明了環(huán)境對蚜蟲自然種群影響的復雜性。

2.3寄主植物的相互作用

針對世界范圍內(nèi)豌豆蚜的調(diào)查結(jié)果顯示，感染R.insecticola和以三葉草為寄主的蚜蟲具有相關性(Ferrarietal.,2004; Leonardo & Muiru,2003; Simonetal.,2003; Tsuchidaetal.,2002)。Leonardo & Muiru (2003)發(fā)現(xiàn)，感染R.insecticola的蚜蟲在紫花苜蓿上不能存活，但在三葉草上生殖力最高，2倍于帶其他共生菌的蚜蟲種群；帶H.defensa的蚜蟲在紫花苜蓿上的生殖力比帶S.symbitica的蚜蟲多出50%。在日本，R.insecticola的感染促進了豌豆蚜在白三葉草上的表現(xiàn)，但是在野豌豆上卻沒有。當利用氨芐青霉素去除蚜蟲體內(nèi)的共生菌后，蚜蟲在白三葉草上的生殖力下降了50%；然而，當蚜蟲再次人為獲得共生菌時，蚜蟲的生殖力又完全恢復(Tsuchidaetal.,2004)。Leonardo (2004)在美國加州的研究卻發(fā)現(xiàn)，感染R.insecticola對取食白三葉草的豌豆蚜種群并不存在促進作用。另外，以5種歐洲豆蚜為研究對象的研究證實，只有一種感染R.insecticola的蚜蟲能夠顯著增加對紅三葉草的取食(Ferrarietal.,2007)。

感染R.insecticola和利用三葉草作為寄主植物間的關聯(lián)也可能被其他因子影響。如R.insecticola和三葉草之間的相關性可以用來解釋由R.insecticola引起的對新蚜蟲癘霉的抗性。當寄主植物為三葉草時，蚜蟲遇到致病真菌的可能性要大大高于其他寄主植物。次生內(nèi)共生菌也能通過為蚜蟲補充營養(yǎng)來增加營養(yǎng)供給，或通過與初生共生菌B.aphidicola或蚜蟲競爭基本營養(yǎng)物質(zhì)來改變蚜蟲在寄主植物上的表現(xiàn)。Douglasetal. (2006)通過對含有不同糖類和氨基酸濃度的人工飼料的研究證明，感染不同共生菌(H.defense、R.insecticola或S.symbiotica)的蚜蟲生長速率受到的影響是有限的。S.symbiotica的含量隨著食物中氮含量的降低而增加，這可能會影響到蚜蟲在低氮植物上的表現(xiàn)(Wilkinsonetal.,2007)。蚜蟲A.fabae在野芝麻上表現(xiàn)出了較低的適合度，感染R.insecticola或S.symbiotica進一步降低了蚜蟲的表現(xiàn)(Chandleretal.,2008)。該研究也發(fā)現(xiàn)，當蚜蟲取食野芝麻和低氮的人工食物時，2種共生菌的含量顯著增加，這表明低氮食物和次生內(nèi)共生菌密度的增加可能導致蚜蟲活力下降。因此，在某種情況下，感染次生內(nèi)共生菌可以促使蚜蟲利用額外的食物資源而擴大寄主可利用食物資源的范圍(Tsuchidaetal.,2004)。雖然許多研究都已發(fā)現(xiàn)共生菌能夠影響寄主與植物之間的互作，但是當前還主要集中于生態(tài)行為規(guī)律的研究，關于生理生化及分子機制的研究仍有所欠缺。

3蚜蟲次生內(nèi)共生菌基因組學

基因組序列和基因表達分析越來越成為研究人員解答生態(tài)、進化及相關基因功能研究的常用手段。Shigenobuetal. (2000)從碗豆蚜上獲得了第1個布赫納氏菌B.aphidicola的基因組。Febvayetal. (1999)發(fā)現(xiàn)，大約10%的基因與植物韌皮部體液中較低濃度的必需氨基酸的合成相關，驗證了初生共生菌具有合成營養(yǎng)物質(zhì)的功能。分析次生共生菌的基因組序列是解析其進化和功能作用的有效方法。專性胞內(nèi)病菌和共生菌，如B.aphidicola，傾向于具有較小(小于1 Mb)的、快速進化、富含A+T基因組和表現(xiàn)為最小水平基因轉(zhuǎn)移(HGT)或移動的基因。而獨立生存的細菌和病菌(如Escherichia和Pseudomonas)，具有較大的基因組(大致3～6 Mb)、適度的A+T組成、HGT頻率和移動基因。目前，蚜蟲次生內(nèi)共生菌研究最為透徹的是H.defense。

H.defensa的基因組大小為2.1 Mb，含有40%的G+C，染色體上的mnmG(gidA)和mioC之間具有典型的復制起點(oriC)。在全部的編碼序列(coding sequences, CDS)中，超過79%(達1665條)能夠在Genbank中找到同源序列(Degnanetal.,2009)，這與前期分子和系統(tǒng)發(fā)育的研究結(jié)果一致(Degnan & Moran,2008a; Russelletal.,2003; Sandstr?metal.,2001)。此外，H.defensa基因編碼合成2種必需氨基酸和7種非必需氨基酸，還能合成除維生素B1和維生素B5之外的大多數(shù)必需維生素。與初生共生菌缺乏能量代謝物的運輸機制不同，H.defensa積極參與運輸已有氨基酸，還編碼了許多生成和調(diào)節(jié)細胞結(jié)構(gòu)的基因，說明它具有可在健康蚜蟲之間傳播和提高寄主對寄生蜂防御能力的雙重作用(Degnanetal.,2009)。

與初生共生菌B.aphidicola穩(wěn)定的基因組不同，H.defensa基因組高度可變，具有較強的水平基因轉(zhuǎn)移、重組和轉(zhuǎn)座活性。H.defensa基因組還包含溶原性噬菌體APSE序列信息,是整個基因組中唯一的活性噬菌體。7個APSE品系的基因序列編碼了不同的真核毒素，這些毒素與蚜蟲對寄生蜂的防御能力水平相關(Degnan & Moran,2008a)。H.defense染色體也編碼了一類公認的毒力位點，包括10個效應蛋白、2個Type-3分泌系統(tǒng)(Type-3 secretion system, T3SS)、10種完整及22種不完整的RTX毒素蛋白(Degnanetal.，2009)。在腸桿菌科病原菌中(包括沙門氏菌Salmonella和耶爾森氏鼠疫桿菌Yersinia)，Type-3型分泌系統(tǒng)具有入侵真核細胞的功能，并且這些基因的存在是H.defensa潛在入侵的證據(jù)，與其感染和固定在新的寄主中的功能一致(Degnanetal.,2009)。

4結(jié)語與展望

昆蟲內(nèi)共生菌是當前昆蟲學領域的研究熱點之一(Oliveretal.,2010)。在分子生物學、基因組學、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組學高速發(fā)展的前提下，采用實驗生物學和分子生物學相結(jié)合的方法，明確共生菌多樣性和特異性的功能機制將是下一步的重點研究方向。隨著越來越多共生菌基因組的發(fā)表，研究人員能夠采用更多手段研究和探求共生菌與寄主昆蟲的相互作用模型和分子機制，及共生菌間的相互作用等。到目前為止，蚜蟲，尤其是豌豆蚜,是研究多種可遺傳共生菌最好的模式昆蟲，且這些研究可以進一步擴展到其他昆蟲中去(Hansenetal.,2007)。

內(nèi)共生菌在植物—害蟲—天敵間的相互作用模式和機制也是當前的研究熱點之一。經(jīng)典的生物防治通常利用專一性天敵(寄生蜂、捕食性天敵和病原菌等)控制植食性害蟲種群。然而，防御性共生菌能夠增加寄主對天敵的防御力，可能會降低原有天敵的防治效力。另外，對于利用植食性昆蟲防治雜草的生物防治案例而言，防御性共生菌可能會增加這類植食性昆蟲對天敵的防御力，有利于種群的建立和擴張，提高生物防治的效力。因此，深入探究共生菌對植物—昆蟲—天敵3級營養(yǎng)鏈的作用和影響機制具有重要的理論和實際意義。

寄主植物的轉(zhuǎn)換或范圍的擴大能夠改變昆蟲的分布和擴散，所以防御性共生菌，如H.defensa，可能影響昆蟲獲取新寄主或入侵到新的地理區(qū)域的能力。次生內(nèi)共生菌對寄主昆蟲的作用相當于細菌中水平傳播基因的作用，即允許隨時從外界資源獲得新的能力，同時允許被選擇的基因穩(wěn)定地轉(zhuǎn)移到另一個物種。這種進化模型與傳統(tǒng)的動物基因和生活史進化的觀點完全相反：昆蟲能夠規(guī)律性地獲得新的能力并且穩(wěn)定地遺傳多代。因此，對共生菌的研究可能會進一步揭示不同昆蟲對不同環(huán)境、寄主或生境的適應機制。

當前，大多數(shù)關于內(nèi)共生菌的研究工作集中于幾種主要的刺吸式昆蟲，如蚜蟲、粉虱、葉蟬、書虱等，還需進一步探明共生菌在其他昆蟲中的分布與作用，進而闡明它們對昆蟲種群生物學的影響。

參考文獻

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(責任編輯:郭瑩)

Advances of the secondary endosymbionts in sap-feeding insects

Yan ZHANG1,2, Yi-bo ZHANG2, Jing ZHANG1,2, Jian-yang GUO2,Jian-ying GUO2, Huai LIU1, Fang-hao WAN2*

1CollegeofPlantProtection,SouthwestUniversity,Chongqing400716,China;2StateKeyLaboratoryforBiologyofPlantDiseasesandInsectPests,InstituteofPlantProtection,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100193,China

Abstract:As a typical sap-feeding insect, aphid requires a primary symbiont,Buchneraaphidicola, which can synthesize and provide some essential nutrients to the host. In addition, aphids may also be infected with one or more additional bacteria, called secondary or facultative symbionts that are mutualistic for various ecological interactions. Recently research on pea aphids has found that facultative symbionts protect against entomopathogenic fungi and parasitoid wasps, reduce detrimental effects of heat, and influence host plant suitability. Based on these results, we reviewed the literature relative to facultative symbionts of aphids and summarized the variety and modes of transmission of facultative symbionts in aphids, phenotypes associated with aphid facultative symbionts, and genomics of aphids symbionts to provide a baseline for the research of additional bacteria.

Key words:sap-feeding insect; aphid; endosymbiont; horizontal transmission

收稿日期(Received)：2015-10-13接受日期(Accepted)： 2015-12-10

基金項目:中國博士后科學面上基金(2015M570183); 國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃(973)項目(2009CB119200); 公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201303019-02)

作者簡介:張焱， 女， 碩士研究生。 研究方向： 入侵生物與昆蟲生態(tài)學。 E-mail: yanzhangliu@126.com *通訊作者(Author of correspondence), E-mail: wanfanghao@caas.cn

DOI:10. 3969/j.issn.2095-1787.2016.02.003