我国科学家系统阐述昆虫肠道细菌介导的昆虫植物互作关系

近日，湖北大学生命科学学院教授徐乐天和浙江农林大学张守科博士受邀在微生物学领域权威期刊《NPJ Biofilms Microbiomes》发表综述文章“The pivotal roles of gut microbiota in insect pest-plant interactions and their application in sustainable pest management”。肠道菌群在动物和昆虫的生命周期扮演重要角色，起到类似一个重要“器官”的作用。近年研究发现，害虫肠道细菌可以显著影响和调控昆虫与植物之间的互作关系，但前期很少有文章系统地总结和阐述上述功能。作者从四个方面逐步展开和阐述肠道细菌如何介入“昆虫-植物-天敌-病原/伴生真菌”的复杂互作，并展望如何利用已揭示的互作机制开发新型绿色友好的害虫综合防控策略。具体包括：

肠道细菌通过影响宿主昆虫来调控“昆虫-植物”互作关系，例如：肠道细菌可以影响昆虫消化、改变营养供应、帮助解毒、调节昆虫的寄主选择偏好等方式来帮助改变昆虫对寄主植物的适应力。相反，由植物引起的肠道微生物群结构的改变也会影响昆虫的适合度（图1）。

图1 肠道细菌通过影响宿主昆虫影响“昆-植”关系

肠道微生物群不仅通过直接影响昆虫来调控“昆植”互作关系，还可以通过改变植物生理特性来塑造二者的相互作用（图2）。首先，一些肠道细菌可以作为植物生长的促进剂。此外，肠道细菌通过诱导植物防御来提高或降低昆虫适应性，例如：改变植物激素介导的直接防御，激发植物产生挥发性化合物吸引或排斥天敌。

图2 昆虫肠道细菌影响植物的各种途径

除上述以外，肠道细菌通过调节生态网络中的第三营养级物种来影响“昆虫-植物”互作关系（图3）。例如，当病原微生物用于害虫防治时，肠道细菌可以增强或减弱微生物杀虫剂的毒力，从而保护植物或增加害虫危害。此外，不同的肠道菌群可以刺激植物产生不同的挥发性化合物，从而吸引或者驱逐害虫的天敌（如图3）。

图3 害虫肠道微生物影响第三营养级生物的方式

成功解析害虫肠道细菌介导的“昆虫-植物”互作关系有助于靶向开发新型高效杀虫策略。例如：可以利用一些具有直接杀虫作用的肠道细菌作为生物防治剂。可以开发共生菌介导的RNAi靶向杀虫。利用肠道细菌产生的高效特异性挥发性引诱或者驱逐害虫。此外，作者们提出，还可以通过控制昆虫的肠道微生物群的方式，降低宿主昆虫对植物的适应性（图4）。

图4 基于肠道细菌的害虫防控新策略

最后，作者还总结了利用肠道细菌进行害虫管理的潜在困难。例如，目前对肠道细菌在“昆-植”相互作用中的作用及其机制的理解仍不完整；很大一部分肠道细菌不能在体外培养，进而限制对其的有效研究和操纵。克服上述调整挑战对于充分发挥肠道细菌的潜力至关重要。据悉，该文章在投稿过程中获得审稿专家的高度评价，认为该篇综述角度新颖、系统全面地解析肠道细菌在多物种互作中的作用及机制，并提出多种害虫防控策略，具有重要的理论和应用价值。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41522-023-00435-y