攜帶松材線蟲對松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌的影響

顧宇彤, 朱浩誠, 常 悅, 周 嬌, 樊建庭, 趙莉藺,3,4,*

(1. 浙江農(nóng)林大學(xué)林業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院, 生物農(nóng)藥高效制備技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室, 杭州 311300;2. 中國科學(xué)院動物研究所, 農(nóng)業(yè)蟲害鼠害綜合治理研究國家重點實驗室, 北京 100101;3. 中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 4. 中國科學(xué)院生物互作卓越創(chuàng)新中心, 北京 100049)

在多物種互作以及復(fù)雜的營養(yǎng)級層面,宿主攜帶的微生物為其適應(yīng)性進(jìn)化提供了便利的條件。大部分的線蟲與植物和動物的寄生、共生的緊密聯(lián)系是通過一些特定的細(xì)菌建立起來的(Johnson and Rasmann, 2015)。昆蟲病原線蟲(entomopathogenic nematode, EPN)是昆蟲的專性寄生線蟲,可以通過自身攜帶的細(xì)菌完成寄主的侵染循環(huán),最終可能導(dǎo)致寄主死亡。而非寄生關(guān)系中,微生物并不會致死寄主,微生物與昆蟲互作的過程對其生活史的維持不可或缺(Poinar, 1993)。如腐生型的線蟲Pristionchus和Diplogasteroides以滯育型蟲態(tài)存在于活的金龜子當(dāng)中。當(dāng)金龜子死后,線蟲則轉(zhuǎn)變?yōu)榉敝承拖x態(tài),以寄主死后產(chǎn)生的各種細(xì)菌、真菌和其他線蟲為食,并進(jìn)行繁殖擴(kuò)散(Herrmannetal., 2006; Raeetal., 2008)。

松材線蟲Bursaphelenchusxylophilus是松材線蟲病的病原體,是世界上對針葉樹最嚴(yán)重的威脅之一(Vicenteetal., 2013a)。迄今已成為我國最為嚴(yán)重的林業(yè)外來有害生物之一,對我國的林業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失(Zhaoetal., 2014)。盡管采取了相應(yīng)的預(yù)防和控制措施,我國的松材線蟲病的疫區(qū)數(shù)量仍然在逐年增加。作為松材線蟲病擴(kuò)散的主要媒介松墨天牛Monochamusalternatus,在我國是危害針葉樹的重要蛀干害蟲,與松材線蟲之間存在特殊的“氣管共生”關(guān)系,松材線蟲擴(kuò)散型4齡幼蟲在松墨天牛蛹期進(jìn)入天牛氣管,有時候在1頭天牛的氣管系統(tǒng)里會有二三十萬頭線蟲(Zhaoetal., 2014, 2016)。松材線蟲病的發(fā)生與擴(kuò)散是多物種互作的結(jié)果,盡管寄主松樹-松材線蟲-媒介天牛復(fù)合體中的相關(guān)的微生物(細(xì)菌和真菌)并不能直接導(dǎo)致松材線蟲病的發(fā)生,但是微生物在松材線蟲病害體系中的作用不可忽視。媒介天牛蛹室和氣管中的優(yōu)勢真菌——藍(lán)變菌對松材線蟲-媒介天牛入侵復(fù)合體的繁殖表型具有促進(jìn)作用(Zhaoetal., 2014)。目前大多研究集中在松材線蟲攜帶細(xì)菌對松樹的致病及抗性影響(Vicenteetal., 2012, 2013b),并且細(xì)菌群落在干擾和調(diào)控松墨天牛免疫能力和攜帶松材線蟲方面具有很大的生防潛力(Zhouetal., 2018),然而,對媒介攜帶的細(xì)菌種類及功能研究較少,尤其是對昆蟲氣管微生物的研究有待進(jìn)一步探索。

本研究通過對松墨天牛成蟲氣管和腸道微生物多樣性進(jìn)行研究,探究在攜帶松材線蟲的情況下,松墨天牛成蟲氣管和腸道微生物的變化,為進(jìn)一步利用微生物防控松材線蟲病提供可靠的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 松墨天牛成蟲腸道和氣管分離

為了消除不同地理樣本之間由于溫度和濕度海拔等非生物因素的影響,本研究松墨天牛成蟲收集自貴州省遵義市播州區(qū)馬尾松林(27°13′N, 106°17′E),在松林中利用誘捕器人工收集,松墨天牛的采集從5月持續(xù)至8月。解剖前先對天牛體表進(jìn)行殺菌處理,先用75%乙醇浸泡30 s,再用無菌水沖洗消除殘留乙醇,用昆蟲針將其固定在蠟盤上,用解剖剪從腹部縱向剪開到頭部,后用鑷子取出腸道,置于1.5 mL離心管中,液氮速凍15 min,-80 ℃冰箱保存;收集腸道后將剩余組織浸泡于PBS中,待氣管和體腔中的松材線蟲溢出后,取出氣管進(jìn)一步?jīng)_洗至松材線蟲完全去除后,將氣管置于1.5 mL離心管中,液氮速凍15 min,收集的腸道和氣管作為攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道和氣管,如果沒有松材線蟲溢出,則收集到的腸道和氣管作為未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道和氣管,并統(tǒng)計每頭松墨天牛成蟲氣管和體腔的松材線蟲數(shù)量。

1.2 松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌16S rDNA基因測序

利用微生物DNA提取試劑盒QIAamp PowerFecal Pro DNA Kit (50)提取攜帶和未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌總DNA,使用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA的提取質(zhì)量,每個樣本3個重復(fù),完成基因組DNA抽提后,利用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測抽提的基因組DNA。基于16S rDNA基因序列,設(shè)計合成帶有barcode的特異引物:799F (5′-AACMGGATTAGATACCCKG-3′);1193R (5′-ACGTCATCCCCACCTTCC-3′),PCR擴(kuò)增16S rDNA基因序列。擴(kuò)增PCR體系(25 μL): 2×KAPA HiFi HotStart ReadyMix 12.5 μL, 上下游引物各5 μL, 模板DNA 2.5 μL。PCR反應(yīng)程序: 95 ℃預(yù)變性3 min; 95 ℃變性30 s, 55 ℃退火30 s, 72 ℃延伸30 min, 共25個循環(huán);72 ℃延伸5 min。使用AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒(Axygen Biosciences, Union City, CA, 美國)切膠回收PCR產(chǎn)物,Tris-HCl洗脫;2%瓊脂糖電泳檢測。參照電泳初步定量結(jié)果,將PCR產(chǎn)物用QuantiFluorTM-ST藍(lán)色熒光定量系統(tǒng)(Promega, 美國)進(jìn)行定量檢測,之后按照每個樣本的測序量要求,進(jìn)行相應(yīng)比例的混合。利用Illumina公司的MiseqPE300平臺進(jìn)行測序。

1.3 物種注釋與評估

根據(jù)不同相似度水平,對攜帶和未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌16S rDNA基因測序讀段序列進(jìn)行可操作分類單元(operational taxonomic units, OTUs)劃分,通常在97%的相似水平下的OTU進(jìn)行生物信息統(tǒng)計分析。OTU聚類步驟如下:對優(yōu)化序列提取非重復(fù)序列,便于降低分析中間過程冗余計算量(http:∥drive5.com/usearch/manual/dereplication.html)去除沒有重復(fù)的單序列(http:∥drive5.com/usearch/manual/singletons.html);按照97%相似性對非重復(fù)序列(不含單序列)進(jìn)行OTU聚類,在聚類過程中去除嵌合體,得到OTU的代表序列。將所有優(yōu)化序列map至OTU代表序列,選出與OTU代表序列相似性在97%以上的序列,生成OTU表格。為了得到每個OTU對應(yīng)的物種分類信息,采用RDP classifier貝葉斯算法對97%相似水平的OTU代表序列進(jìn)行分類學(xué)分析,并分別在各個分類學(xué)水平(域、界、門、綱、目、科、屬和種)統(tǒng)計各樣本的群落物種組成。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司的微生物多樣性云分析平臺對攜帶和未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌進(jìn)行物種組成分析:基于物種注釋結(jié)果,使用群落柱形圖分析和韋恩圖分析等分析樣本中物種的組成,以探究物種與樣本之間的關(guān)系,分析樣本中的優(yōu)勢菌群/關(guān)鍵菌群等;物種比較分析:基于物種注釋結(jié)果,通過單樣本的多樣性Alpha多樣性分析反映微生物群落的豐度和多樣性,包括Sobs指數(shù)、Chao指數(shù)(反映群落豐度)、Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)(反映群落多樣性);Beta多樣性分析可以通過對不同生境或微生物群落間的物種多樣性進(jìn)行組間比較分析,探索不同分組樣本間群落組成的相似性或差異性,常用的方法有非度量多維排列(non-metric multidimensional scaling, NMDS)分析,將對象間的相似性或相異性數(shù)據(jù)看成點間距離的單調(diào)函數(shù),在保持原始數(shù)據(jù)次序關(guān)系的基礎(chǔ)上,用新的相同次序的數(shù)據(jù)列替換原始數(shù)據(jù)進(jìn)行度量型多維尺度分析;物種差異分析:基于物種組成及比較分析,進(jìn)一步使用多組比較/兩組比較分析,篩選不同組別間具有顯著差異的物種。

2 結(jié)果

2.1 松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌物種注釋與評估

從攜帶和未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲42個腸道和氣管樣本中獲得的16S rDNA基因原始序列讀數(shù),經(jīng)過質(zhì)量過濾和去除嵌合體后,得到2 108 404條高質(zhì)量序列,每條序列平均長432 bp(表1)。按最小樣本序列數(shù)抽平,對OTU進(jìn)行物種分類學(xué)注釋,共注釋到15門26綱66目110科201屬296種,OTU數(shù)目為444。各組的稀釋曲線(Shannon指數(shù))隨著測序量增加曲線平緩,說明測序量足夠反映微生物多樣性;當(dāng)測序數(shù)據(jù)量達(dá)到一定值時,所有曲線變得平緩,OTU數(shù)量不會隨著測序量增加而明顯增加,表明樣品序列數(shù)充分(圖1)。

圖1 松墨天牛成蟲腸道和氣管的細(xì)菌組成稀釋曲線Fig. 1 Rarefaction curves of bacterial composition in the gut and trachea of Monochamus alternatus adults

表1 松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌16S rDNA基因測序數(shù)據(jù)Table 1 Sequencing data of bacterial 16S rDNA gene in the gut and trachea of Monochamus alternatus adults

2.2 松墨天牛成蟲腸道和氣管的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)

由圖2可知,攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道和氣管OTU數(shù)量分別為432和413個,分別高于未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲的腸道和氣管的OTU數(shù)量(分別為410和75個)。4種樣本共有的OTU數(shù)量為52個,其中攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道和未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲的腸道所共有的OTU數(shù)量為351個,相似度較高;攜帶松材松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管和未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管所共有的OTU數(shù)量為60個,相似度較低。

圖2 松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌可操作分類單元(OTUs)的韋恩圖Fig. 2 Venn diagram of operational taxonomic units (OTUs) of bacteria in the gut and trachea of Monochamus alternatus adults

門水平上(圖3: A),攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道的優(yōu)勢菌門為變形菌門(Proteobacteria),占74.7%,次優(yōu)勢菌門為藍(lán)細(xì)菌門(Cyanobacteria),占13.0%;未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道的優(yōu)勢菌門為變形菌門,占58.1%,次優(yōu)勢菌門為厚壁菌門(Firmicutes),占21.1%。攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管的優(yōu)勢菌門為變形菌門,占50.7%,次優(yōu)勢菌門為藍(lán)細(xì)菌門,占40.4%;未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管的優(yōu)勢菌門為厚壁菌門,占54.0%,次優(yōu)勢菌門為變形菌門,占45.9%。

圖3 松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌優(yōu)勢門(A)、目(B)和屬(C)相對豐度Fig. 3 Relative abundance of bacteria at the phylum (A), order (B) and genus (C) levels in the gut and trachea of Monochamus alternatus adults

從目水平上(圖3: B),攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道的優(yōu)勢菌目為腸桿菌目(Enterobacterales),占58.4%,次優(yōu)勢菌目為Chloroplast,占13.0%;未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道的優(yōu)勢菌目為腸桿菌目,占44.9%,次優(yōu)勢菌目為乳桿菌目(Lactobacillales),占15.7%。攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管的優(yōu)勢菌目為腸桿菌目,占41.9%,次優(yōu)勢菌目為Chloroplast,占40.4%;未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管的優(yōu)勢菌目為乳桿菌目,占53.9%,次優(yōu)勢菌目為腸桿菌目,占32.4%。

在屬水平上(3: C),豐度排序前10名的各優(yōu)勢屬在攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道、未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲的腸道、攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管和未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲的氣管中所占比例分別為腸桿菌科未分類屬(分別占40.8%, 33.1%, 7.2%和25.4%),乳球菌屬Lactococcus(分別占0.1%, 14.3%, 0.5%和49.4%),沙雷氏菌屬Serratia(分別占10.3%, 2.4%, 32.0%和5.0%),Chloroplast目未分類屬(分別占13.1%, 13.4%, 40.4%和0),假單胞菌屬Pseudomonas(分別占0.5%, 0.9%, 0.8%和0.4%),布魯氏菌屬Brucella(分別占7.1%, 2.4%, 0.2%和10.7%),大腸埃氏菌屬-志賀氏菌屬Escherichia-Shigella(分別占2.7%, 8.2%, 0.1%和0.2%),不動桿菌屬Acinetobacter(分別占1.5%, 3.2%, 3.7%和0.3%), 腸球菌屬Enterococcus(分別占0.0%, 1.2%, 0.0%和4.6%),沃爾巴克氏菌屬Wolbachia(分別占0, 0.2%, 0和0.6%)。松墨天牛攜帶或未攜帶松材線蟲的腸道主要優(yōu)勢菌相似,但其豐度有較大差異;攜帶或未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管在主要優(yōu)勢菌和豐度上都有較大差異。

2.3 松墨天牛成蟲腸道和氣管的細(xì)菌群落多樣性

屬水平Beta多樣性分析結(jié)果表明(圖4),攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)相近,但攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)明顯區(qū)分開來,說明攜帶松材線蟲對松墨天牛成蟲氣管細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)有顯著影響。

圖4 利用非度量多維排列(NMDS)對松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌進(jìn)行屬水平Beta多樣性分析Fig. 4 Beta diversity of bacteria in the gut and trachea of Monochamus alternatus adults at the genus level analyzed by non-metric multidimensional scaling (NMDS)

屬水平Alpha多樣性分析結(jié)果表明(圖5),Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)在不同組之間沒有明顯差異 (圖5: A, B), 松墨天牛成蟲腸道細(xì)菌多樣性高于氣管細(xì)菌多樣性,攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管細(xì)菌多樣性高于未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管細(xì)菌多樣性。Sobs和Chao指數(shù)在不同組之間有顯著差異(圖5: C, D),且攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌Sobs和Chao指數(shù)均高于未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道和氣管的,表明攜帶松材線蟲后,松墨天牛成蟲腸道和氣管的細(xì)菌群落豐度升高。

圖5 松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌Alpha多樣性Fig. 5 Alpha diversity of bacteria in the gut and trachea of Monochamus alternatus adultsA: Shannon指數(shù)Shannon index; B: Simpson指數(shù)Simpson index; C: Sobs指數(shù)Sobs index; D: Chao指數(shù)Chao index. 圖中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤;柱上雙星號表示兩組間差異顯著(P<0.01, T檢驗)。Data in the figure are mean±SE. The double asterisk above bars indicates significant difference between two groups (P<0.01, T-test).

2.4 松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌菌群豐度的差異

對攜帶和未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道、攜帶和未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管中細(xì)菌進(jìn)行優(yōu)勢屬(圖6)的組間差異顯著性檢驗分析,結(jié)果表明,在屬水平,沙雷氏菌屬Serratia、布魯氏菌屬Brucella、經(jīng)黏液真桿菌屬Blautia和腸桿菌屬Enterobacter在攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道中富集;沙雷氏菌屬Serratia和腸桿菌屬Enterobacter在攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管中富集。乳球菌屬Lactococcus、痤瘡丙酸桿菌屬Cutibacterium、鞘氨醇單孢菌屬Sphingomonas在未攜帶松材線蟲松墨天牛成蟲腸道中富集;乳球菌屬Lactococcus、布魯氏菌屬Brucella、腸球菌屬Enterococcus在未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管中富集。

圖6 松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌菌群豐度的差異分析(排名前10的屬)Fig. 6 Differential abundance analysis of the bacterial flora in the gut and trachea of Monochamus alternatus adults among the top 10 genera圖中P<0.05表示組間差異顯著(Kruskal Wallis秩和檢驗)。The P-value lower than 0.05 in the figure indicates significant difference between groups (Kruskal Wallis H test)

3 討論

本研究通過對攜帶松材線蟲前后的松墨天牛成蟲腸道和氣管的細(xì)菌多樣性測序結(jié)果進(jìn)行分析,探討松墨天牛腸道和氣管的細(xì)菌群落組成和結(jié)構(gòu)差異以及攜帶松材線蟲后氣管腸道菌群的改變與松材線蟲傳播的關(guān)系。攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道細(xì)菌群落組成與未攜帶松材線蟲的樟子松墨天牛M.galloprovincialis的相似,腸道中變形菌門、厚壁菌門和藍(lán)細(xì)菌門等為主要菌門,腸桿菌目、乳桿菌目等為主要菌目(圖3)。變形菌門細(xì)菌在昆蟲中比較常見(Kirketal., 2016)。Alves等(2016)研究發(fā)現(xiàn)樟子松墨天牛和松墨天牛細(xì)菌群落以變形菌門為主。上述細(xì)菌群可能在天牛的生命周期的不同階段中發(fā)揮作用,影響松材線蟲的傳播。在松墨天牛成蟲氣管中,這3種菌門也是主要菌門,其細(xì)菌群落組成與腸道的相似,但變形菌門和腸桿菌目為攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管中主要菌門和菌目,而厚壁菌門和乳桿菌目為未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管中的主要菌門和菌目(圖3)。目前對于昆蟲氣管微生物的研究則較少,松墨天牛氣管的微生物部分來源于自身的腸道,部分來源于蛹室。松材線蟲的微生物群也遺傳自松墨天牛(Alvesetal., 2018)。我們研究組發(fā)現(xiàn), 松材線蟲擴(kuò)散型4齡幼蟲攜帶的真菌細(xì)菌微生物的豐度和多樣性均很低,幾乎不會攜帶蛹室細(xì)菌進(jìn)入松墨天牛氣管,并因此實現(xiàn)對松墨天牛的保護(hù),從而逃避松墨天牛免疫,提高松材線蟲-松墨天牛復(fù)合體的穩(wěn)定性(Zhangetal., 2021)。所以我們推測,松墨天牛氣管細(xì)菌可能與其腸道相關(guān)。Alpha多樣性和Beta多樣性分析表明,在攜帶松材線蟲后,松墨天牛成蟲氣管細(xì)菌多樣性和豐度升高,其群落結(jié)構(gòu)與未攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲氣管中的也明顯區(qū)分開來,推測松墨天牛成蟲氣管細(xì)菌豐度的增加與松材線蟲-媒介天牛復(fù)合體有著比較緊密的聯(lián)系(圖4, 5)。

本研究進(jìn)一步對松墨天牛成蟲腸道和氣管細(xì)菌之間的差異進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)在攜帶松材線蟲后,松墨天牛成蟲腸道和氣管都出現(xiàn)了一些獨(dú)有的共生細(xì)菌,沙雷氏菌屬和腸桿菌屬在攜帶松材線蟲的松墨天牛成蟲腸道和氣管中均富集(圖6)。這一結(jié)論與其他研究相似,如腸桿菌科在歐洲媒介樟子松墨天牛氣管中豐度也較高(Alvesetal., 2016),沙雷氏菌屬和芽孢桿菌屬Bacillus等在葡萄牙的樟子松墨天牛胸部和腹部豐度較高(Vicenteetal., 2013b)。沙雷氏菌屬在松墨天牛屬的幾個類群,包括松墨天牛、卡墨天牛M.carolinensis以及云杉花墨天牛M.saltuarius幼蟲和成蟲的腸道中也都可以被檢測到。結(jié)合以上研究,說明沙雷氏菌屬和腸桿菌屬在不同地區(qū)及不同種的松墨天牛中普遍存在。沙雷氏菌屬的細(xì)菌是松材線蟲病害體系中的優(yōu)勢物種且分布廣泛,在松材線蟲及松樹間的功能呈現(xiàn)多樣性(Nascimentoetal., 2015; Proen?aetal., 2017)。如SerratiaplymuthicaM24T3具有殺線蟲活性并提高寄主壓力耐受(Proen?aetal., 2019)。S.marcescensstrain PWN146通過粘附在松材線蟲體表提高對松樹的毒力(Vicenteetal., 2016),而S.quinivoransBXF1對松材線蟲無致死效應(yīng),可被攜帶并促進(jìn)寄主松樹根的生長(Nascimentoetal., 2016),S.marcescensAHPC29對線蟲及其媒介都具有一定的毒性(田浩楷, 2022)。也有研究表明,S.marcescens是否致病與宿主的腸道微生物的穩(wěn)態(tài)相關(guān)(Raymannetal., 2017; Heuetal., 2021)。然而沙雷氏菌在松材線蟲與松墨天牛間的功能報道較少。有研究發(fā)現(xiàn),沙雷氏菌屬的部分種類有助于松材線蟲在高活性氧壓力的寄主松樹中存活(Vicenteetal., 2013a),在宿主血淋巴中的粘質(zhì)沙雷氏菌會逃避宿主免疫并致死宿主。在攜帶松材線蟲后,松墨天牛氣管中沙雷氏菌屬增加,可能與松材線蟲攜帶的沙雷氏菌屬有關(guān)。之前的研究表明,沙雷氏菌屬量大時可以使得松墨天牛致死,如果加大沙雷氏菌屬的量,將成為殺滅松墨天牛的生防因子。總之,基于沙雷氏菌屬在松墨天牛腸道和氣管中有較強(qiáng)的定殖能力,以及對于線蟲及其媒介均有致死效果,沙雷氏菌屬可以作為生物防治松材線蟲病害的非常有潛力的候選靶標(biāo)。同時,其在松墨天牛氣管中的富集及功能還需進(jìn)一步研究。

松材線蟲病在我國快速傳播蔓延,且逐年加劇,迄今成為我國最為嚴(yán)重的林業(yè)外來有害生物之一,對其進(jìn)行防控刻不容緩。綜上所述,松材線蟲的攜帶對松墨天牛成蟲氣管和腸道細(xì)菌都會產(chǎn)生影響,研究松材線蟲侵染后松墨天牛成蟲腸道和氣管菌群組成和群落的變化以及優(yōu)勢種的變化,對探究松材線蟲-松墨天牛復(fù)合體與細(xì)菌間的關(guān)系十分重要。本研究發(fā)現(xiàn)松材線蟲可增加松墨天牛成蟲氣管細(xì)菌豐度,沙雷氏菌屬Serratia在松墨天牛成蟲氣管中的富集與松材線蟲-媒介天牛復(fù)合體有著比較緊密的聯(lián)系。目前已有控制病媒傳播疾病的策略,利用微生物組的功能,包括使用益生菌作為植物防御促進(jìn)劑,或通過宿主微生物組的操縱來破壞昆蟲媒介的生命周期(Riccietal., 2012; Lebeis, 2014; Laceyetal., 2015)。本研究為松墨天牛成蟲腸道和氣管微生物多樣性研究提供了理論基礎(chǔ),將為松材線蟲的防控技術(shù)提供重要的理論依據(jù)。