圆唇散白蚁工蚁搬运真菌菌核的行为机制以及对生殖力分化的影响

Lower termites present the most complex and conspicuous caste systems, and are characterized by a unique flexibility in development.The worker’s capacity to differentiate into neotenic reproductives and soldiers, especially into neotenic reproductives, remains one of the great mysteries of termite biology. In higher termites, fungi play a role in termite nutrition and influence termite survival due to absence of flagellate in their gut. However, The effect of fungi on the caste development of lower termites remains unclear because it is difficult to provide evidence on the nature of an association between the lower termites and fungi. We found brown sclerotia of fungus Fibulorhizoctonia sp. in egg piles of Reticulitermes labralis，and have confirmed that the workers from three species of Reticulitermes recognized and carried the sclerotia. This finding provides us an opportunity to study the mechanism of low termites using fungi. In the present study we will investigate how the workers of R. labralis recognize and manage the sclerotia of Fibulorhizoctonia sp. by chemical analysis、mimicing sclerotia and sclerotia development，and why the workers collect the sclerotia to the egg piles by the transcriptome analysis and lignocellulase activity of the fungus, and the Dynamic change of lignocelluloses degradation in the workers and larvae. Further, we will study the effect of fungus Fibulorhizoctonia sp. on the larvae developing into nymphs ( all nymphs can develop into reproductives) and workers, the worker developing into neotenic reproductives by gonad development and gene expression related to reproductive division. On the basis of these results, we will reveal the regulation mechanism of reproductive division during caste differentiation, and whill provide a new way for termite control．

低等白蚁具有最复杂的品级分化，生殖能力分化是品级分化最主要的特征。在自然界中木质纤维素降解主要依靠真菌，然而低等白蚁能否利用真菌，尤其是“真菌在白蚁品级形成中的决定机制？”这个白蚁社会性进化的生态学机制问题，由于缺乏直接证据，国内外还未涉及。近年本项目组在野外发现圆唇散白蚁工蚁将真菌Fibulorhizoctonia sp.菌核放入卵堆的行为，并已确认3种散白蚁有此行为，这个新发现为我们研究低等白蚁利用真菌的机制提供了契机。本项目通过对菌核发育、信息素以及木质纤维素酶系基因表达和酶活研究，确定工蚁识别和管理菌核的行为机制；研究白蚁取食菌核（菌丝）对肠道木质纤维素降解影响、基于DNA合成和降解的生殖细胞增殖和凋亡，以及生殖发育调控相关基因表达，阐明真菌对幼蚁向若蚁（生殖途径）和工蚁分化的影响，以及与工蚁维持生殖可塑性的关系。揭示白蚁品级形成过程中生殖力分化的生态学机制；研发白蚁防治新型药物。

白蚁如何利用真菌一直是白蚁研究的重要问题，我们揭示圆唇散白蚁工蚁识别和管理真菌 Fibulorhizoctonia sp.的机制以及真菌在白蚁品级发育中的作用，也为白蚁防治和真菌资源利用提供依据。.1.研究工蚁对菌核识别和管理机制。阐明收集菌核是工蚁的主动行为；菌核12种挥发性成分中以木香味的醇类为主，揭示菌核在蚁巢内的发育过程，以及工蚁防御菌丝入侵卵的机制；发现圆唇散白蚁和尖唇散白蚁工蚁触角感受器和嗅觉蛋白相关基因表达的差异。 .2.阐明工蚁收集Fibulorhizoctonia sp.菌核的原因。对真菌转录组测序获得28,026个Unigenes，测定真菌木质纤维素酶系表达水平和酶活；比较搬菌核和不搬菌核的白蚁种类的工蚁木质纤维素酶；发现工蚁对外源漆酶有取食偏好。表明工蚁利用菌核为自身和幼蚁提供漆酶和纤维素酶。.3.真菌对品级形成过程中生殖力分化尤其是工蚁生殖可塑性的影响。研究卵堆中无菌核和有菌核条件下白蚁发育、木质纤维素酶类和行为特征；完成工蚁向生殖蚁转化的转录组数据库的构建和分析；确定工蚁向生殖蚁转化过程中卵母细胞动态发育以及生殖力分化的调控机制。.4.研究内表皮结构在品级分化两个途径中动态变化，发现工蚁头部内表皮结构具有独特性。工蚁头部具有最厚的内表皮，并且内表皮糖蛋白基因SgAbd-2, SgAbd-9和Abd-5表达水平较高，这与其在巢群内劳作以及信号识别有密切关系。.5.对野外白蚁巢群进行解剖调查，开展工蚁搬运菌核实验，查明了3种散白蚁有收集Fibulorhizoctonia sp.菌核放入卵堆行为，为深入研究低等白蚁利用真菌的生态适应以及开发白蚁防治饵剂提供依据。.6.首次基于散白蚁发育、转录组数据与机器学习交叉结合，对白蚁巢群结构和发育进行预测。使用机器学习各类经典模型来预测蚁巢内的品级结构，并对各个模型的优劣进行了讨论。.7.研究真菌Fibulorhizoctonia sp.活性物质和产量化培养,以代谢产物腺苷为指标优化培养条件，开展该真菌在扩大培养中质量检测指标和潜在保健食用价值方面的研究。获得2项发明专利授权，为该真菌未来的开发应用打下了基础。