蚧科代表性物种的共生微生物多样性

发布时间：2020-04-01 07:40

【摘要】：蚧科昆虫是许多城市园林绿化植物、苗圃观赏植物和经济林常见的害虫,寄生于植物的枝干、叶子或果实表面,利用刺吸式口器进行取食。蚧虫绝大多数时间固定在植物表面生活,利用分泌的蜡泌物进行自我保护。作为依靠吸食植物汁液为生的一类半翅目昆虫,许多维持自身生命活动的营养物质无法从植物汁液中获得,需要相应的共生菌为其提供这些缺失营养物质,但是这种为其提供帮助的共生菌仅在少数研究中有所提及,至今尚无定论。本研究选取了具有代表性的30种蚧科昆虫,运用高通量测序技术,通过扩增可以区分细菌种类的16S rDNA区域以及真菌的ITS区域基因序列,揭示了蚧科昆虫体内细菌及真菌的多样性组成,明确了蚧科昆虫体内的优势菌群。取得的主要结果包括:1.细菌高通量测序实验选取28种蚧虫进行(咖啡黑盔蚧和Parasaissetia sp.由于样品数量有限,未进行细菌测序),其中22种蚧虫体内细菌群落多样性高,且丰度相当,菌群平均丰度不超过20%,推测可能不存在优势的共生细菌。但是有6种蚧虫体内可能存在着与生殖操纵相关的兼性共生菌:红蜡蚧、Ceroplastes sp.、柑桔绿绵蚧以及Milviscutulus sp.存在立克次氏体Rickettsia,平均物种丰度为89.36%;Coccus praetermissus体内发现螺原体Spiroplasma,菌群丰度达到99.11%;橄榄黑盔蚧体内存在Candidatus Cardinium,菌群丰度为43.71%。2.30种蚧科代表性昆虫样品中都检测到优势真菌----Ophiocordyceps真菌,菌群丰度基本都在80%以上,可能协助蚧科昆虫进行营养物质的合成。另外,利用高通量测序获得的蚧科昆虫Ophiocordyceps真菌的ITS基因序列进行建树分析,发现蚧虫体内的Ophiocordyceps真菌被明显分成了两个独立的分支:角蜡蚧、藤壶蜡蚧、佛州龟蜡蚧、日本龟蜡蚧、昆明蜡蚧、伪角蜡蚧、红蜡蚧、无花果蜡蚧、Ceroplastes sp.、广食褐软蚧、Coccus praetermissus、Coccus sp.、柑桔绿绵蚧、梨形原绵蚧、Milviscutulus sp.、龟背网纹蚧、榕双角蜡蚧、Dicyphococcus sp.、中国白蜡蚧、朝鲜褐球蚧、日本纽绵蚧,这21种蚧虫样品的Ophiocordyceps真菌与蚧虫致病菌O.coccidiicola形成了Clade A;咖啡黑盔蚧、美洲黑盔蚧、橄榄黑盔蚧、Saissetia sp.、Parasaissetia sp.、Coccus celatus、咖啡绿软蚧、刷毛绿绵蚧、亚洲大绵蚧,这9种蚧虫样品的Ophiocordyceps真菌形成了Clade B,与蚂蚁致病菌O.unilateralis近缘。综上所述,蚧科昆虫体内存在优势共生真菌。通过本文的研究,我发现多数蚧虫缺少共生细菌,但是在少数几种蚧虫体内存在次级共生细菌;而蚧科昆虫体内存在的Ophiocordyceps真菌对寄主不致病,可能参与寄主的营养代谢。推测造成这种微生物构成情况的一个原因是由于生态位被共生真菌所占据,导致共生细菌在蚧虫体内没有足够的生存空间。另外,分析了蚧科昆虫体内Ophiocordy-ceps真菌的ITS基因序列,发现蚧虫体内的Ophiocordyceps真菌有两类。该研究通过分子生物学的手段,全面的调查了蚧科代表性昆虫体内微生物的组成情况,为研究蚧虫体内共生菌提供新思路、新方向。
【图文】：

PCR扩增,样品,高通量,测序

72℃延伸 1min，30 个循环；最后 72℃终延伸 10min，4℃保温。PCR 产物用 1%的琼脂糖凝胶电泳检测后（图2-1），将样品分别送交北京百迈客生物科技有限公司、上海生工生物工程股份有限公司及上海美吉生物医药科技有限公司进行高通量测序（附表 S1）。图 2-1 样品 PCR 扩增结果（部分）Figure 2-1 PCR amplification of scale insects注：左侧为细菌引物 8F/1492R 扩增结果，右侧为真菌引物 ITS1F/ITS4 扩增结果。CK：空白对照；Marker F：DNA 片段从上到下依次对应 2000bp，1500bp，1000bp，700bp，400bp，200bp。Note: PCR amplification in the left used the primer pair 8F/1492R, and used ITS1F/ITS4 in theright. CK: Blank control; Marker F: Each DNAfragments represented 2000bp, 1500bp,1000bp, 700bp, 400bp, 200bp from top to bottom.2.3.3 蚧虫体内细菌 DNA 高通量测序不同公司进行 Miseq 测序的流程有所差异

蚧虫,细菌群落,结构组分,丰度

南洋臀纹粉蚧隶属于蚧总科粉蚧科臀纹粉蚧属 Planococcus，根据前人的研究臀纹粉蚧体内具有特化形成庇护共生细菌的含菌胞，在含菌胞中定居着粉蚧的初级共生菌 CandidatusTremblayaprincep（sβ-变形菌纲，后文中省略 Candidatus），在 Tremblaya princeps 的细胞质中还存在着次级共生菌 Candidatus Moranella sp.（γ-变形菌纲）[88][107]。29 种蚧虫样品的细菌主要归属于 30 个门、82 个纲、136 个目、243 个科、481 个属。在门水平上，样品中的优势细菌主要为变形菌门（Proteobacteria），在每种蚧虫中的平均相对物种丰度为 55.56%；其次是厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门和放线菌门（Actinobacteria）的菌群，平均相对物种丰度分别为 14.92%、10.45%和7.65%。在南洋臀纹粉蚧的样品中变形菌门菌群的相对丰度可达99.62%，而 Coccus praetermissus 样品体内的主要菌群与其他蚧虫不同，归属于柔膜菌门（Tenericutes），相对物种丰度高达 99.36%。另外，酸杆菌门（Acidobacteria）菌群在日本龟蜡蚧的样品中物种丰度可达 17.85%。
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S763.49

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