李月明, 張永棟, 宮厚艷, 呂志強(qiáng)

(西北農(nóng)林科技大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院, 楊凌 712100)

共生(symbiosis)是不同生物間形成的緊密聯(lián)系(Moran and Yun, 2015)。共生細(xì)菌在動(dòng)物宿主體內(nèi)廣泛存在,它們?cè)谒拗鞯纳L(zhǎng)發(fā)育(Koropatnicketal., 2004)、營(yíng)養(yǎng)攝取(B?ckhedetal., 2005)、繁殖(Bandietal., 2001)、抵御天敵(Scarboroughetal., 2005)和免疫過程(MacDonald and Monteleone, 2005)中發(fā)揮重要作用。在一些脊椎動(dòng)物中,共生菌經(jīng)母系遺傳了上百萬年(Moranetal., 2008)。這些共生菌與宿主高度融合,基因組大幅度減小,它們更像宿主的細(xì)胞器(Moran and Yun, 2015)。昆蟲和哺乳動(dòng)物相比,其體內(nèi)微生物較少,因此成為研究共生菌以及寄主-共生菌關(guān)系的絕佳模型(Douglas, 2011)。昆蟲共生菌依據(jù)其在宿主體內(nèi)的位置分為兩類:一類是內(nèi)共生菌,它們生活在昆蟲細(xì)胞內(nèi),如沃爾巴克氏體Wolbachia;一類是外共生菌,它們存在于昆蟲細(xì)胞外,如一些腸道菌群(王四寶和曲爽, 2017)。

豌豆蚜Acyrthosiphonpisum體內(nèi)含有專性共生菌Buchneraaphidicola和1種或多種兼性共生菌,是研究得較為透徹的共生體系之一(Oliveretal., 2014),其中豌豆蚜與其專性共生菌B.aphidicola是探究專性共生關(guān)系的模式。B.aphidicola高度精簡(jiǎn)的基因組保留了一些基因,其自身能夠合成蚜蟲食物中短缺的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),如氨基酸和維生素B等(Shigenobuetal., 2000)。豌豆蚜體內(nèi)共生體膜上的一種氨基酸運(yùn)輸載體ApNEAAT1能夠雙向轉(zhuǎn)運(yùn)極性氨基酸,為宿主和共生菌提供充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(Fengetal., 2019)。去除B.aphidicola的蚜蟲生長(zhǎng)緩慢,很難產(chǎn)下后代,產(chǎn)下的后代也難以存活(Tsuchidaetal., 2005)。兼性共生菌雖然不是宿主生存必需的,但它們對(duì)宿主的適合度有顯著影響(Oliveretal., 2006)。早期有研究表明,豌豆蚜的次生共生菌(pea aphid secondary symbiont, PASS)后被鑒定為Serratiasymbiotica,能夠使宿主在失去B.aphidicola后正常存活,并能夠侵入B.aphidicola的含菌細(xì)胞,建立新的內(nèi)共生系統(tǒng),進(jìn)而取代專性共生菌的位置(Kogaetal., 2003)。近年來的研究表明,兼性共生菌的營(yíng)養(yǎng)合成基因能夠水平轉(zhuǎn)移到寄主蚜蟲內(nèi),從而提高蚜蟲的適合度(Manzano-Maretal., 2020)。含有S.symbiotica的豌豆蚜在取食的時(shí)候能避免激發(fā)植物鈣離子流的產(chǎn)生,逃避植物免疫,更好地吸取植物汁液(Wangetal., 2020)。最近有直接的證據(jù)表明S.symbiotica能通過增強(qiáng)脂肪酸的合成途徑來促進(jìn)豌豆蚜的生長(zhǎng)發(fā)育(Zhouetal., 2021)。在一些蚜蟲種群中S.symbiotica已經(jīng)發(fā)展成與B.aphidicola共專性(co-obligate)的關(guān)系,它們作為一個(gè)協(xié)同的整體表達(dá)合成提供營(yíng)養(yǎng)的基因(Monninetal., 2020)。本研究利用注射抗生素的方式去除了豌豆蚜體內(nèi)的兼性共生菌S.symbiotica,檢測(cè)了去除S.symbiotica后豌豆蚜體內(nèi)專性共生菌B.aphidicola含量,最后檢測(cè)了豌豆蚜的生活史參數(shù)的變化。本研究確定了利用抗生素去除豌豆蚜兼性共生菌S.symbiotica的可行性,加深了對(duì)豌豆蚜和其體內(nèi)共生菌之間關(guān)系的理解。

1 材料與方法

1.1 供試蟲源

由于綠色豌豆蚜在我國(guó)分布廣泛,本研究選取飼喂于蠶豆苗上的綠色豌豆蚜(以下統(tǒng)稱“豌豆蚜”)為試驗(yàn)對(duì)象,種群采集于云南省玉溪市易門縣(24°35′N, 102°55′E),在實(shí)驗(yàn)室條件下飼喂了30代以上。將飽滿、生理狀態(tài)良好的豌豆蚜成蚜接于單株蠶豆苗上,每株約接10～15頭成蚜,將蠶豆苗放入人工氣候箱中[溫度(20±1) ℃,相對(duì)濕度70%±5%,光周期16L∶8D]飼養(yǎng),1 d后將接的成蚜取下,保證產(chǎn)下的若蚜齡期差在24 h內(nèi),產(chǎn)下的若蚜再飼喂7～8 d,待其發(fā)育為成蚜后用于后續(xù)試驗(yàn)。

1.2 診斷PCR檢測(cè)豌豆蚜兼性共生菌類型

除了專性共生菌,豌豆蚜體內(nèi)一般還有1～2種兼性共生菌。為了檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室豌豆蚜品系中兼性共生菌的類型,按照基因組DNA提取試劑盒(TIANGEN)說明提取1.1節(jié)整頭豌豆蚜成蚜基因組DNA,并以此為模板,利用8種兼性共生菌的特異性基因擴(kuò)增引物(表1)參照張永棟(2017)的方法進(jìn)行PCR檢測(cè),將反應(yīng)得到的PCR原液送公司測(cè)序,進(jìn)行BLAST檢驗(yàn),確定兼性共生菌的類型。反應(yīng)體系(50 μL): Taq酶(TaKaRa) 0.25 μL, 10×PCR緩沖液5 μL, dNTPs混合液4 μL, DNA模板1.75 μL, 上下游引物(10 μmol/L)各1 μL, H2O 37 μL。反應(yīng)程序: 94 ℃預(yù)變性3 min; 94 ℃變性30 s, 52 ℃退火45 s, 72 ℃延伸1 min, 35個(gè)循環(huán)。

表1 診斷PCR引物信息Table 1 Primer information for diagnostic PCR

1.3 豌豆蚜飼喂氨芐青霉素

向人工飼料中添加不同劑量氨芐青霉素后飼喂豌豆蚜成蚜,檢測(cè)親代成蚜及其子代的若蚜體內(nèi)是否存在S.symbiotica。將初羽化的雌成蚜挑入48孔板,每孔放1頭蚜蟲。將石蠟?zāi)?紫外下滅菌)拉伸開套在48孔板上。把豌豆蚜人工飼料和一定量的氨芐青霉素溶液混合,使氨芐青霉素終濃度分別為50和500 μg/mL。向延展后的石蠟?zāi)ど厦總€(gè)孔的中央加入含有氨芐青霉素的飼料,再將一層石蠟?zāi)だ扉_覆蓋住所有液滴。將雙層石蠟?zāi)じ采w的48孔板放入培養(yǎng)箱中在黑暗條件下飼喂,以未飼喂氨芐青霉素的豌豆蚜成蚜作為陽(yáng)性對(duì)照。待豌豆蚜取食24和48 h時(shí)收集親代蚜蟲,將這段時(shí)間內(nèi)產(chǎn)下的子代若蚜轉(zhuǎn)移至新鮮蠶豆苗上飼養(yǎng),待其產(chǎn)下后代后收集其子代若蚜為樣品,提取子代若蚜及親代基因組DNA并進(jìn)行PCR(同1.2節(jié)),檢測(cè)其中的兼性共生菌。

1.4 豌豆蚜注射氨芐青霉素及無兼性共生菌品系的篩選

用顯微注射儀向成蚜體內(nèi)注射23和46 nL 300 mg/mL的氨芐青霉素,收集注射后24-48 h產(chǎn)下的子代G1。將G1轉(zhuǎn)移至新鮮蠶豆葉片,分開單頭飼養(yǎng)至成蚜并產(chǎn)生一定數(shù)量的后代G2。提取G1基因組DNA并進(jìn)行PCR,檢測(cè)其中的兼性共生菌。隨機(jī)挑選幾頭G2后代,用同樣的方法飼養(yǎng),獲得后代G3。PCR檢測(cè)G2和G3中的兼性共生菌,通過連續(xù)3代的檢測(cè)確定兼性共生菌S.symbiotica被清除干凈,PCR反應(yīng)體系和反應(yīng)程序同1.2節(jié),陰性對(duì)照的PCR體系中不加入DNA模板,將G3后代接于干凈的蠶豆苗上建立無兼性共生菌豌豆蚜品系。隔一定時(shí)間對(duì)無兼性共生菌品系的成蚜進(jìn)行檢測(cè),以確定無兼性共生菌豌豆蚜種群的穩(wěn)定。

1.5 專性共生菌B. aphidicola含量的檢測(cè)

為了檢驗(yàn)去除S.symbiotica對(duì)豌豆蚜體內(nèi)的專性共生菌有無影響,檢測(cè)了含有S.symbiotica和1.4節(jié)構(gòu)建的不含S.symbiotica的品系中B.aphidicola的含量。選取10頭豌豆蚜成蚜作為樣品提取DNA,以B.aphidicola的單拷貝基因dnaK為目的基因進(jìn)行qPCR檢測(cè)dnak拷貝數(shù),測(cè)定含有和不含S.symbiotica的豌豆蚜成蚜體內(nèi)B.aphidicola的含量。反應(yīng)體系(20 μL): 2×Green Master Mix(Roche) 10 μL, DNA模板1 μL, 上下游引物(10 μmol/L)各0.5 μL, ddH2O 8 μL。反應(yīng)程序: 94 ℃預(yù)變性10 min; 94 ℃變性10 s, 58 ℃退火15 s, 72 ℃延伸10 s, 40個(gè)循環(huán)。進(jìn)行T-A克隆構(gòu)建含dnaK基因片段的質(zhì)粒,以此制備標(biāo)準(zhǔn)品并梯度稀釋,生成標(biāo)準(zhǔn)曲線。用絕對(duì)定量的方法計(jì)算每個(gè)樣品目的基因的DNA濃度,并通過豌豆蚜ef1-α歸一化各樣品DNA含量來校正B.aphidicola的濃度(Oliveretal., 2003)。引物序列見表2。

表2 qPCR引物信息Table 2 Primer information for qPCR

1.6 豌豆蚜生活史參數(shù)的測(cè)定

從含有和不含S.symbiotica的豌豆蚜中隨機(jī)選擇新產(chǎn)的1齡第1天的若蚜,每5頭為1組稱重,共取5組。選擇葉片肥厚的蠶豆葉片,沿葉脈剪開,葉片背面朝下平鋪于裝有1%瓊脂的塑料盒(8.5 cm×5.5 cm×2.5 cm)中,將稱量后的豌豆蚜放于其中飼喂。塑料盒放于人工氣候培養(yǎng)箱中,每隔2 d換一次新的瓊脂和葉片,之后在第1, 3, 5, 7和9天檢測(cè)豌豆蚜的體重。從第1天開始,統(tǒng)計(jì)25頭豌豆蚜中每天死亡的豌豆蚜數(shù)目,直到第13天,計(jì)算死亡率。從第2天開始,每?jī)商旖y(tǒng)計(jì)塑料盒25頭豌豆蚜中蛻皮數(shù),直到所有豌豆蚜發(fā)育為成蟲。在兩個(gè)豌豆蚜品系中個(gè)選10頭成蚜,統(tǒng)計(jì)它們3 d內(nèi)產(chǎn)的后代數(shù)量和后代死亡數(shù)量。

1.7 數(shù)據(jù)分析

檢測(cè)含有和不含S.symbiotica的豌豆蚜生活史參數(shù)時(shí),每頭豌豆蚜作為1次生物學(xué)重復(fù),數(shù)據(jù)用GraphPad Prism 8.0.2分析作圖:存活率數(shù)據(jù)通過log-rank(Mantel-Cox)進(jìn)行分析,其他數(shù)據(jù)采用非配對(duì)t檢驗(yàn)進(jìn)行分析;檢測(cè)共生菌含量時(shí)qPCR結(jié)果通過方差齊性檢測(cè)確定方差齊性,用軟件SPSS 20.0進(jìn)行分析作圖,分析方法為兩因素方差分析(two-way ANOVA)。

2 結(jié)果

2.1 豌豆蚜成蚜中兼性共生菌的檢測(cè)

豌豆蚜兼性共生菌PCR檢測(cè)結(jié)果(圖1)顯示,僅擴(kuò)增到1條約500 bp條帶,PCR產(chǎn)物測(cè)序?qū)Ρ冉Y(jié)果表明,擴(kuò)增產(chǎn)物為S.symbiotica特異基因16S rDNA序列,表明豌豆蚜兼性共生菌是S.symbiotica。因此,本研究中所用的豌豆蚜品系僅含有1種兼性共生菌S.symbiotica。

圖1 豌豆蚜成蚜中兼性共生菌基因PCR檢測(cè)Fig. 1 PCR detection of genes of faculative symbionts in Acyrthosiphon pisum adultsM: DNA分子量標(biāo)準(zhǔn)DNA molecular weight marker; 1-8: 檢測(cè)的共生菌基因分別為Hamiltonella defensa, Regiella insecticola, Serratia symbiotica, APXS, Rickettsia sp., Spiroplasma sp.和Rickettsiella sp. 的16S rDNA基因及Wolbachia sp.的wsp基因。The detected genes of symbionts were 16S rDNA of Hamiltonella defensa, Regiella insecticola, Serratia symbiotica, APXS, Rickettsia sp., Spiroplasma sp. and Rickettsiella sp., and wsp of Wolbachia sp., respectively.

2.2 不含兼性共生菌S. symbiotica的豌豆蚜品系的建立

PCR檢測(cè)結(jié)果顯示,給豌豆蚜連續(xù)飼喂含50 μg/mL氨芐青霉素人工飼料后24 h時(shí)并不能去除親代與子一代若蚜體內(nèi)的S.symbiotica,所有子代若蚜中都存在S.symbiotica的16S rDNA基因(圖2: A, B)。加大飼喂氨芐青霉素的劑量和時(shí)間,檢測(cè)給豌豆蚜連續(xù)飼喂含500 μg/mL氨芐青霉素人工飼料后48 h時(shí)母代與子代若蚜體內(nèi)S.symbiotica減少(圖3: A, B),但是去除效果仍不夠理想。

圖2 飼喂含50 μg/mL氨芐青霉素人工飼料后24 h時(shí)豌豆蚜親代(A)和子代若蚜中(B)Serratia symbiotica16S rDNA基因的PCR檢測(cè)Fig. 2 Detection of Serratia symbiotica 16S rDNA gene in parents (A) and offspring nymphs (B) of Acyrthosiphonpisum at 24 h after feeding with the artificial diet containing 50 μg/mL ampicillin by PCRM: DNA分子量標(biāo)準(zhǔn)DNA molecular weight marker; Pc: 陽(yáng)性對(duì)照(未飼喂氨芐青霉素的豌豆蚜成蚜) Positive control (A. pisum adults without feeding of ampicillin). 圖3同。The same for Fig. 3. A1-A4: 4頭飼喂了氨芐青霉素的親代成蚜 Four parental adult aphids fed with ampicillin; A11-A13: A1產(chǎn)的3頭子代若蚜Three offspring nymphs of A1.

圖3 飼喂含500 μg/mL氨芐青霉素人工飼料后48 h時(shí)豌豆蚜親代(A)和子代若蚜中(B)Serratia symbiotica 16S rDNA基因的PCR檢測(cè)Fig. 3 Detection of Serratia symbiotica 16S rDNA gene in parents (A) and offspring nymphs (B) of Acyrthosiphonpisum at 48 h after feeding with the artificial diet containing 500 μg/mL ampicillin by PCRB1, B2: 飼喂了氨芐青霉素的親代成蚜Parental adult aphids fed with ampicillin; A11-A22: B1, B2產(chǎn)在石蠟?zāi)ど系暮蟠粞罯ffspring nymphs produced on paraffin membranes by B1 and B2; B11, B12, B21, B22: B1和B2產(chǎn)于蠶豆苗上的后代若蚜Offspring nymphs produced on broad bean seedlings by B1 and B2.

給豌豆蚜成蚜注射23 nL 300 mg/mL氨芐青霉素后,6個(gè)子代中有2個(gè)子代體內(nèi)沒有擴(kuò)增到S.symbiotica的16S rDNA基因,表明不含S.symbiotica。給豌豆蚜注射46 nL 300 mg/mL氨芐青霉素后,6個(gè)子代中有4個(gè)子代體內(nèi)沒有擴(kuò)增到S.symbiotica的16S rDNA基因,表明不含S.symbiotica(圖4)。結(jié)果表明通過注射氨芐青霉素能夠去除部分子代中的S.symbiotica,建立了不含兼性共生菌S.symbiotica的豌豆蚜品系,并且這種去除效果隨劑量增加更有效。

圖4 豌豆蚜成蚜注射氨芐青霉素后G1子代中Serratia symbiotica 16S rDNA基因的PCR檢測(cè)Fig. 4 Detection of Serratia symbiotica 16S rDNA gene in G1 offspring of Acyrthosiphon pisum adults after injecting ampicillin by PCRM: DNA分子量標(biāo)準(zhǔn)DNA molecular weight marker; 1-6: 注射23 nL 300 mg/mL氨芐青霉素23 nL 300 mg/mL ampicillin injected; 7-12: 注射46 nL 300 mg/mL氨芐青霉素46 nL 300 mg/mL ampicillin injected; 13: 無DNA模板的陰性對(duì)照Negative control without DNA template.

2.3 含有和不含S. symbiotica的豌豆蚜成蚜中B. aphidicola含量

結(jié)果顯示,含有S.symbiotica和構(gòu)建的不含S.symbiotica的成蚜品系中dnaK的拷貝數(shù)無顯著差異(P>0.05),表明去除S.symbiotica對(duì)豌豆蚜體內(nèi)專性共生菌B.aphidicola含量無影響(圖5)。

圖5 含有和不含Serratia symbiotica的豌豆蚜成蚜中專性共生菌Buchnera aphidicola的dnaK的拷貝數(shù)Fig. 5 Copy numbers of dnaK of the obligate symbiont Buchnera aphidicola in Acyrthosiphon pisum adults with and without Serratia symbioticaSs-: 不含S. symbiotica Without S. symbiotica; Ss+: 含有S. symbiotica With S. symbiotica. 圖6同。The same for Fig.6. 圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤;柱上ns表示兩組間差異不顯著(P>0.05, t檢驗(yàn))。Data in the figure are mean±SE. ns above bars indicate no significant difference between the two groups (P>0.05, t-test).

2.4 含有和不含S. symbiotica的豌豆蚜生活史參數(shù)

不含S.symbiotica的豌豆蚜新產(chǎn)的1齡第1天若蚜體重就顯著低于含有S.symbiotica的豌豆蚜的(P<0.05),第3天時(shí)其體重極顯著低于含有S.symbiotica的豌豆蚜的(P<0.001)。含有S.symbiotica的豌豆蚜在出生后第7-9天時(shí)其體重上升得很快,而不含S.symbiotica的豌豆蚜體重上升得很慢,到第9天時(shí)其體重不到含有S.symbiotica的豌豆蚜體重的1/3(圖6: A)。在出生后第2天時(shí),接近90%的含有S.symbiotica的豌豆蚜發(fā)生蛻皮,說明90% 含有S.symbiotica的豌豆蚜進(jìn)入了2齡, 而不含S.symbiotica的豌豆蚜僅有不到 40%蛻皮;在第4, 6和8天時(shí),兩組豌豆蚜蛻皮率無顯著差異(P>0.05),但在第8天時(shí)所有含有S.symbiotica的豌豆蚜都發(fā)育為成蟲,而不含S.symbiotica的豌豆蚜還有約50%到第10天才經(jīng)歷最后一次蛻皮發(fā)育成成蟲(圖6: B)。死亡率統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示, 含有S.symbiotica的豌豆蚜在出生后13 d內(nèi)死亡率10%,而不含S.symbiotica的豌豆蚜死亡率40%(圖6: C)。含有S.symbiotica的豌豆蚜成蚜在3 d內(nèi)產(chǎn)后代總數(shù)約為21頭,極顯著高于不含S.symbiotica的豌豆蚜產(chǎn)后代數(shù)(約6頭)(P<0.001),另外含有S.symbiotica的豌豆蚜產(chǎn)下的后代死亡數(shù)量很少,顯著低于不含S.symbiotica的豌豆蚜(P<0.05)(圖6: D)。

圖6 含有和不含Serratia symbiotica的豌豆蚜生活史參數(shù)Fig. 6 Life history parameters of Acyrthosiphon pisum with and without Serratia symbioticaA: 體重Body weight (n=25); B: 蛻皮率Rate of ecdysis(n=25); C: 13 d內(nèi)的死亡率Mortality rates within 13 d (n=25); D: 后代數(shù)量Offspring number (n=10). 圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤;A, B和D圖采用非配對(duì)t檢驗(yàn),C圖采用Log-rank(Mantel-Cox)檢驗(yàn)進(jìn)行差異顯著性分析(nsP>0.05, *P<0.05,**P<0.01,***P<0.001)。Data in the figure are mean±SE. Unpaired t-test was used in Figs. A, B and D, and Log-rank (Mantel-Cox) test was used in Fig. C to conduct significance analysis of difference (nsP>0.05, *P<0.05,**P<0.01,***P<0.001).

3 討論

研究表明一部分兼性共生菌會(huì)向蚜蟲收取適合度代價(jià),影響其生長(zhǎng)發(fā)育、壽命和繁殖(Sakuraietal., 2005; Mathé-Hubertetal., 2019; Leybourneetal., 2020)。但在本研究中,兼性共生菌S.symbiotica的存在卻有利于豌豆蚜的生長(zhǎng)發(fā)育與繁殖。這樣的結(jié)果與Zhou等(2021)的研究結(jié)果相似,他們發(fā)現(xiàn)S.symbiotica能通過提高脂肪酸合成、增加三酰甘油的儲(chǔ)存促進(jìn)豌豆蚜的生長(zhǎng)發(fā)育。但Kang等(2022)的研究發(fā)現(xiàn),去除S.symbiotica并不會(huì)影響豌豆蚜的生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖。這種沖突可能是由于S.symbiotica菌株與蚜蟲進(jìn)化出了多樣的關(guān)系,不同地區(qū)不同品系的S.symbiotica在蚜蟲體內(nèi)占據(jù)不同的地位。它們與蚜蟲的關(guān)系可以處于致病、兼性互利共生或與B.aphidicola共存的專性互利共生。研究人員比較了所有目前具有全基因組序列的S.symbiotica,發(fā)現(xiàn)與非致病性可母系傳播的菌系相比,致病性的腸道菌系保留了更大的基因組并且具有更多的與Serratia相關(guān)的特異基因(Perreauetal., 2021)。另外,有研究發(fā)現(xiàn),S.symbiotica的分布并不局限于蚜蟲中,它還存在于宿主植物和與蚜蟲有關(guān)的昆蟲(螞蟻、蝽、瓢蟲等)中,這些生物可以作為共生菌水平傳播的介體(Ponsetal., 2022)。S.symbiotica菌株的復(fù)雜性反映出細(xì)菌與宿主之間關(guān)系的多樣化,因此蚜蟲共生菌S.symbiotica成為研究昆蟲獲取細(xì)菌后進(jìn)化的模式(Renozetal., 2021)。

目前,越來越多的證據(jù)表明,有些S.symbiotica已經(jīng)進(jìn)化為和B.aphidicola共專性存在,它們作為一個(gè)整體共同在一些蚜蟲種群中起作用,這也解釋了為什么在本研究中去除了S.symbiotica后豌豆蚜的生長(zhǎng)發(fā)育與繁殖都會(huì)受到影響。早期有研究發(fā)現(xiàn),向去除B.aphidicola的豌豆蚜注射S.symbiotica能夠彌補(bǔ)存活率和繁殖率的降低,使部分蚜蟲在失去B.aphidicola后正常存活。并且S.symbiotica能侵入B.aphidicola含菌細(xì)胞,建立新的內(nèi)共生系統(tǒng),進(jìn)而取代專性共生菌的位置(Kogaetal., 2003)。在毛蚜Siphamaydis和Periphylluslyropictus中,基因組測(cè)序結(jié)果表明S.symbiotica與B.aphidicola在合成必需氨基酸與維生素的一些代謝通路上相互補(bǔ)充(Renozetal., 2022)。

Sabri等(2011)從蚜蟲體內(nèi)分離并培養(yǎng)出S.symbiotica,命名為CI-2.3T。本研究中也嘗試用同樣的方法分離培養(yǎng),但未成功。我們猜想可能是本實(shí)驗(yàn)室豌豆蚜品系中的S.symbiotica基因組大幅減小,與蚜蟲在長(zhǎng)期協(xié)同進(jìn)化中已經(jīng)不可分離,難以在培養(yǎng)基上培養(yǎng)。豌豆蚜與S.symbiotica這種相互依存的共生關(guān)系,離不開宿主自身對(duì)共生菌群的控制和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的統(tǒng)籌分配(Chomickietal., 2020; Whittleetal., 2021)。另外,這種親密的共生關(guān)系意味著宿主會(huì)篩選無毒或低毒的菌株,進(jìn)而導(dǎo)致與侵染性相關(guān)的基因的丟失(Perreauetal., 2021)。出現(xiàn)這種親密共生關(guān)系可能是因?yàn)楫?dāng)S.symbiotica侵入豌豆蚜體內(nèi)時(shí),B.aphidicola還未和宿主建立穩(wěn)定的專性共生關(guān)系,在后續(xù)的協(xié)同進(jìn)化中,S.symbiotica能夠與B.aphidicola共同為宿主提供營(yíng)養(yǎng)。

本研究發(fā)現(xiàn)豌豆蚜品系攜帶兼性共生菌S.symbiotica,并且能夠通過注射氨芐青霉素的方式將其去除。氨芐青霉素并不會(huì)影響豌豆蚜體內(nèi)專性共生菌B.aphidicola的含量,但是去除S.symbiotica后豌豆蚜的生長(zhǎng)發(fā)育與繁殖都受到了嚴(yán)重影響。這些發(fā)現(xiàn)說明S.symbiotica在豌豆蚜體內(nèi)占據(jù)了重要位置,并且它們與豌豆蚜的關(guān)系可能處于從兼性共生向?qū)Ｐ怨采D(zhuǎn)變的過程中。