近日，國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室森林健康“森林-昆蟲-微生物互作”研究團(tuán)隊(duì)（周旭東教授課題組）在微生物學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《Microbiome》（中科院1區(qū)TOP期刊，IF=16.837）上發(fā)表研究論文《Soil-derived bacteria endowCamelliaweevil with more ability to resist plant chemical defense》，揭示了來源于土壤的腸道細(xì)菌賦予茶籽象更強(qiáng)的植物化學(xué)抗性抵抗能力。
研究通過對油茶害蟲茶籽象腸道菌群溯源，發(fā)現(xiàn)來自土壤的微生物群對茶籽象腸道菌群影響顯著；對土壤微生物與腸道微生物共有功能菌株篩選發(fā)現(xiàn)不動桿菌AS23菌株為土壤與腸道共有菌；通過對共有菌株離體與活體條件下降解茶皂素能力比較，發(fā)現(xiàn)該菌株具有降解茶皂素能力；為進(jìn)一步明確該菌株可被茶籽象成蟲化蛹階段從土壤傳遞給后代，利用熒光標(biāo)記技術(shù)將目標(biāo)菌株AS23標(biāo)記后，回接進(jìn)茶籽象化蛹土壤里，經(jīng)F1代幼蟲腸道熒光檢測，發(fā)現(xiàn)F1代幼蟲具有熒光信號，且具備野生型相似的茶皂素耐受能力，說明土源的AS23賦予了茶籽象更強(qiáng)的茶皂素抵抗能力。
圖1.茶籽象腸道、蛹室土壤、及油茶果實(shí)微生物組多樣性分析
本研究的深入開展是建立在前期對茶籽象腸道菌群分析，及茶籽象爆發(fā)嚴(yán)重的老油茶土壤分析基礎(chǔ)上的。不同山茶屬植物與茶籽象腸道菌群結(jié)構(gòu)變化關(guān)聯(lián)度最大的植物次生代謝物為茶皂素（Tea saponin五環(huán)三萜類化合物）（張守科等，2020，mSystems）；進(jìn)一步分析，茶籽象對不同無性系油茶的危害率與茶皂素含量負(fù)相關(guān)，且油茶茶皂素是影響茶籽象存活率及腸道菌群多樣性的主要化合物，不動桿菌是高茶皂素含量寄主內(nèi)茶籽象腸道菌群優(yōu)勢菌群（張守科等，2021，林業(yè)科學(xué)）；與此同時(shí)，對茶籽象爆發(fā)嚴(yán)重的老油茶林土壤微生物分析也發(fā)現(xiàn)不動桿菌是老油茶林土壤微生物的核心菌群（張守科等，2022，Microbiology Spectrum（IF=9.043），該研究結(jié)果受到Nature Food（IF=20.43）編輯的關(guān)注并撰寫“Camelliaplantations’ age impacts the soil microbiome”的Research Highlights報(bào)道）。基于此，我們提出了3個(gè)科學(xué)問題（1）茶籽象腸道菌群中核心菌群來源問題？（2）核心菌群是否具備降解茶皂素的能力？（3）回接目標(biāo)菌株后，茶籽象是否具備野生型一致的茶皂素耐受能力？相關(guān)科學(xué)問題的回答，幫助我們探討了植食性昆蟲腸道微生物溯源、參與植物次生代謝產(chǎn)物降解的菌群挖掘、開展功能基因的篩選以及菌株的傳遞與解毒功能驗(yàn)證等，為揭示腸道微生物介導(dǎo)植食性昆蟲耐受植物毒素的化學(xué)機(jī)制提供了直接證據(jù)。
圖2.茶籽象腸道微生物組溯源分析
油茶是我國特有的木本油料作物，已有2000多年的栽培與利用歷史，主要分布在長江流域及以南的15個(gè)省區(qū)。油茶直接服務(wù)于國家鄉(xiāng)村振興、糧油安全和木本油料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略，是助力當(dāng)?shù)匕傩彰撠氈赂坏摹靶腋洹薄?019年全國油茶種植面積達(dá)到6800萬畝，產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到1160億元，帶動了173萬貧困人口增收。國家林業(yè)和草原局2020版《油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》指出，到2025年油茶種植面積達(dá)到9000萬畝，其中包括改造低產(chǎn)林2000萬畝，預(yù)期總產(chǎn)值達(dá)到4000億元。今年年2月22日，《中共中央 國務(wù)院關(guān)于做好2022年全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興重點(diǎn)工作的意見》指出，大力實(shí)施大豆和油料產(chǎn)能提升工程，支持?jǐn)U大油茶種植面積，改造提升低產(chǎn)林。然而，茶籽象及炭疽病的爆發(fā)，是油茶低產(chǎn)的重要原因。因此解決好油茶病蟲害的防治問題，對油茶林提質(zhì)增效具有重要意義。
該研究由國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室森林健康“森林-昆蟲-微生物互作”研究團(tuán)隊(duì)完成，國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為第一單位和通訊作者單位，核心成員張守科博士為第一作者，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人周旭東教授為通訊作者。中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所舒金平研究員、浙江農(nóng)林大學(xué)博士研究生李子坤、郭愷副教授，以及南開大學(xué)薛懷君研究員參與了此項(xiàng)工作。該研究得到浙江農(nóng)林大學(xué)科研發(fā)展基金國家級人才啟動項(xiàng)目（2020FR036）資助。
（國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）
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