肠道共生微生物影响赤拟谷盗化学通讯的机制研究

Tribolium castaneum is a major cosmopolitan pest of stored products. Due to its high resistance against pesticides, researches are concerned with alternative technologies to control this pest. Gut microbiota play an important role in reproduction, development, chemical communications and acclimatization capacity of their insect hosts. However, the function of gut microbiota in chemical communications of T. castaneum is still not clarified. Therefore, based on our early study on composition and biosynthesis of its aggregation pheromone, following studies would be carried out in T. castaneum: 16S rRNA pyrosequencing and in-vitro culture are combined to analyze colony composition of its gut microbiota; variations in its chemical communications are analyzed through knockout of some specific microbiota, and composition and origin of its semiochemicals are reconsidered, which will help to elucidate the function of symbiotic microbiota in its pheromone biosynthesis; and genes related with its pheromone biosynthesis, which are regulated by gut microbiota, and their function will be identified by transcriptomic sequencing and RNAi technologies. Expected results would not only elucidate mechanisms under the function of gut microbiota in chemical communications of T. castaneum, but also have great significance in developing environment-friendly alternative technologies to control this pest.

赤拟谷盗是一种全球性分布的重要储藏物害虫，广泛产生的抗药性使其防治替代技术成为研究热点。肠道共生微生物在昆虫的生殖、生长发育、化学通讯和适应能力中起着重要的作用，但目前仍不清楚其在赤拟谷盗化学通讯中的功能。因此，本项目拟在前期研究赤拟谷盗聚集信息素组成和生物合成的基础上，首先利用16S rRNA基因焦磷酸测序分析和体外培养技术，明确赤拟谷盗肠道共生微生物群落组成。然后，通过特定微生物缺失的赤拟谷盗化学通讯的变异分析，重新研究其信息化合物的组成和来源，明确肠道共生微生物对其信息化合物生物合成的调控作用。最后，利用转录组测序和RNAi技术，明确受肠道共生微生物调控的赤拟谷盗信息化合物生物合成相关基因及其功能。研究结果不仅可以明确肠道共生微生物调控赤拟谷盗化学通讯的机制，而且对开发其绿色防控技术具有重要的意义。

赤拟谷盗是一种全球性分布的重要储藏物害虫，广泛产生的抗药性使其防治替代技术成为研究热点。肠道共生菌在昆虫的生殖、生长发育、化学通讯和适应能力中起着重要的作用，但目前仍不清楚其在赤拟谷盗化学通讯中的功能。本项目研究了肠道共生菌对赤拟谷盗化学通讯的调控作用及其机制。主要的研究结果包括：（1）通过观察赤拟谷盗的交配和选择行为，发现赤拟谷盗的交配高峰在羽化后第4天和16:00~18:00；由雄虫释放信息素，雌虫感受信息素；信息素的主要组分为4,8-二甲基癸醛（4,8-DMD），次要组分有甲基苯琨、1-十四碳烯和1-十五碳烯；HBWH、ZJJX和HNZZ三个地理种群赤拟谷盗的化学通讯行为存在差异；（2）对赤拟谷盗三个地理种群的肠道共生菌进行16S rDNA高通量测序，结合肠道共生菌体外培养和生理生化测定，分析其肠道共生菌的多样性及其功能，发现赤拟谷盗三个地理种群肠道共生菌的优势菌属是假单胞菌属、肠杆菌科未鉴定属和不动杆菌属，其中肠杆菌科未鉴定属的丰度在三个地理种群肠道共生菌中存在差异；三个地理种群肠道共生菌在脂肪酸合成通路中基因丰度存在显著差异；（3）通过肠道共生菌的去除和6种可体外培养肠道菌的回接，发现弗氏柠檬酸杆菌和大肠埃希菌能提高赤拟谷盗雄虫4,8-DMD的释放量及其对雌虫的引诱力；（4）通过比对无菌和回接大肠埃希菌的赤拟谷盗雄虫的转录组，筛选出差异表达的15个基因。进一步利用qPCR筛选出表达上调的1个去饱和酶基因、3个脂酰辅酶A还原酶基因、1个长链脂肪酸延伸酶基因和1个脂肪酸合成酶基因；通过差异基因的克隆和RNAi，验证了脂肪酸合成酶基因FAS-2在赤拟谷盗雄虫4,8-DMD合成中的作用以及大肠埃希菌对赤拟谷盗雄虫4,8-DMD合成的间接调控作用。本研究揭示了肠道共生菌对赤拟谷盗雄虫信息素合成的调控作用及其机制，丰富了肠道共生菌与宿主化学通讯联系的理论，以及昆虫化学生态学理论；为开展赤拟谷盗肠道共生菌对宿主功能的研究提供了研究基础和研究技术；为赤拟谷盗新型引诱剂的开发和诱捕技术的改进提供了思路。