两种优势肠道细菌对草地贪夜蛾发育性能的差异化影响及其与生理代谢的关联研究

《Scientific Reports》：Distinct effects of two dominant enteric bacteria on the developmental performance of spodoptera frugiperda and their association with physiological metabolism

为探究优势肠道细菌对草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）生长发育的影响及机制，研究人员对 Enterococcus mundtii 和 Enterococcus casseliflavus 展开研究。结果发现 E. casseliflavus 对草地贪夜蛾生活史特征有营养依赖性影响，E. mundtii 影响不显著。该研究为揭示二者互作机制提供了新视角。

　　草地贪夜蛾是入侵我国的害虫，对粮食生产威胁巨大。它寄主植物广泛，在玉米和水稻等植物上均能完成生命周期。已有研究发现，取食不同寄主植物的草地贪夜蛾肠道微生物组成存在显著差异，大量肠道细菌已在其体内被鉴定出来，包括厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）等优势菌门 ，肠球菌属（Enterococcus）为优势菌属。然而，这些优势肠道细菌与草地贪夜蛾之间的关系却并不明晰。研究肠道细菌对草地贪夜蛾的影响，有助于深入了解草地贪夜蛾的生长发育机制，为害虫防治提供新的思路和方法。

青岛农业大学的研究人员开展了相关研究，旨在明确优势肠道细菌对草地贪夜蛾生长发育的影响及机制。研究发现，E. casseliflavus 对草地贪夜蛾的生活史特征具有营养依赖性影响，在营养丰富的饮食条件下，它会抑制幼虫生长、延长蛹期；在营养匮乏的饮食条件下，虽会降低幼虫存活率，但能增加幼虫体重和蛹重。而 E. mundtii 对草地贪夜蛾的发育性能影响不显著。这一研究成果发表在《Scientific Reports》上，为揭示肠道细菌与草地贪夜蛾生长发育之间的相互作用机制提供了重要依据。

研究人员在研究过程中用到了多种关键技术方法。首先，通过 16S rDNA 全长高通量测序技术，对草地贪夜蛾幼虫肠道细菌进行鉴定和分析，确定优势肠道细菌种类。其次，采用人工饲料添加实验，在不同营养条件下分别添加 E. mundtii 和 E. casseliflavus，观察对草地贪夜蛾生长发育的影响。最后，运用转录组测序及分析技术，探究两种细菌对草地贪夜蛾生理代谢的影响机制。

研究结果如下：

1. 肠道细菌的相对丰度：通过 16S rDNA 全长高通量测序技术分析发现，E. mundtii 和 E. casseliflavus 在取食玉米、粳稻和籼稻的草地贪夜蛾幼虫肠道中相对丰度最高，是优势肠道细菌。
2. 幼虫存活率：喂食含 1.0×10⁷ cfu/cm³肠道细菌的人工饲料后，草地贪夜蛾幼虫存活率下降。在无酵母提取物的饲料中，E. casseliflavus 处理组幼虫存活率显著低于 E. mundtii 处理组和对照组；在含 1.85% 酵母提取物的饲料中，E. casseliflavus 处理组幼虫存活率显著低于对照组。
3. 幼虫体重和蛹重：在营养匮乏的饲料条件下，细菌喂食处理组与对照组的幼虫体重无显著差异，但 E. casseliflavus 喂食组的蛹重显著大于对照组和 E. mundtii 喂食组。在含 1.85% 酵母提取物的饲料条件下，两组细菌喂食的幼虫体重均低于对照组，其中 E. casseliflavus 喂食的幼虫在 10 - 16 天体重显著低于对照组，而两组细菌喂食的幼虫蛹重与对照组无显著差异。
4. 化蛹时间和发育历期：在无酵母提取物的饲料条件下，各细菌喂食处理组与对照组的化蛹时间无显著差异；在含 1.85% 酵母提取物的饲料条件下，E. casseliflavus 组化蛹时间显著长于对照组。在两种营养条件下，细菌处理对草地贪夜蛾的发育历期均无显著影响。
5. 化蛹和羽化后的存活率：细菌处理后，在两种营养条件下，草地贪夜蛾的化蛹率和羽化率均无显著变化。
6. 差异表达基因的功能注释和富集分析：与对照组相比，E. casseliflavus 组有 939 个差异表达基因（DEGs），E. mundtii 组有 355 个 DEGs。E. casseliflavus 组的 DEGs 主要富集在碳水化合物运输和代谢、翻译、核糖体结构和生物发生等方面，且许多参与生理代谢的基因下调，这可能影响草地贪夜蛾幼虫的生长发育。E. mundtii 组的 DEGs 主要富集在碳水化合物运输和代谢、翻译后修饰等方面，对草地贪夜蛾生长发育相关基因影响较小。

研究结论表明，E. casseliflavus 对草地贪夜蛾的生活史特征具有营养依赖性影响，而 E. mundtii 对草地贪夜蛾的发育性能影响不显著。转录组分析显示，E. casseliflavus 组中与碳水化合物运输和生理代谢相关的差异表达基因显著减少。这一研究有助于进一步阐明调控草地贪夜蛾生长发育的分子机制，为通过调控肠道细菌来防治草地贪夜蛾提供了理论基础，也为害虫综合治理策略的制定提供了新的方向和依据 。