Current Biology | 研究揭示植物病原微生物和昆虫之间的新型互惠共生关系！

众所周知，昆虫在不动的发育阶段（如卵）要依靠微生物的保护。拮据的相互作用在自然界中广泛存在，刺激了保护性特征的进化。但是，尽管蛹容易受到拮抗性挑战的影响，微生物在确保昆虫蜕变过程中的防御作用仍然是一个开放的问题。在昆虫中，与其他动物一样，与有益微生物的共生关系可以作为防御适应性的一个来源。

2022年8月19日，国际权威学术期刊Current Biology发表了德国马克斯-普朗克生物学研究所（Knowledge is everything，走进马克斯普朗克学会（MPG））Hassan Salem团队的最新相关研究成果，题为The leaf beetle Chelymorpha alternans propagates a plant pathogen in exchange for pupal protection的研究论文。研究人员发现了一种真菌和一种叶甲虫之间的新型防御伙伴关系。微生物在甲虫的蛹周围提供一个保护层，从而防止捕食。作为交换，甲虫将真菌散布到它的宿主植物上，扩大了它的范围。

在该研究中，研究人员发现了子囊菌尖孢镰刀菌（Fusarium oxysporum）和一种叶甲虫Chelymorpha alternans之间的相互关系。真菌保护叶甲虫的蛹免受捕食者的伤害。而作为交换，该甲虫将真菌散布到其宿主植物上，从而促进了真菌的传播。真菌保留了反映其双重生活方式的代谢特征。研究人员的研究结果显示了一种互惠共生关系，一方面确保对食草甲虫的蛹的保护，另一方面换取共生体的传播和繁殖。

蛹防御的微生物层面

以前在许多研究系统中的研究通过检查卵和其他幼年阶段来描述微生物和昆虫的这种伙伴关系。但是对于关键的蛹阶段，微生物保护的作用仍然没有被探索。而且，尽管鸟类和一些啮齿动物对蛹构成威胁，但在野外追捕它们的反而是最小的捕食者和寄生虫，如地甲虫、蚂蚁和黄蜂。众所周知，结构和化学适应性可以保护蛹免受捕食者和其他威胁。但当考虑到甲虫在蜕变过程中如何自我防御时，微生物似乎也发挥了重要作用。

研究人员观察到的密集的微生物生长似乎在化蛹开始时形成。基于序列和培养的方法显示这种生长是尖孢镰刀菌。为了理解和证明他们的相互合作关系的假设，研究人员进行了实地研究，同时探讨了有无保护性真菌的蛹的存活率。根据使用红薯植物进行的后续调查，研究人员进一步确定，叶甲虫携带并将真菌传播给未受感染的植物。由于甲虫在成虫阶段用腿携带真菌，这导致了植物的广泛感染。

潜在的广泛共生关系

叶甲虫Chelymorpha alternans属于叶甲虫的Cassidinae亚家族。这个群体的许多成员似乎带有与尖孢镰刀菌共生的形态学特征。最明显的是覆盖蛹的微生物外套。这个国际团队的成员希望揭示的核心问题是，这种共生关系何时演变以及如何维持。

图1. 龟甲虫Chelymorpha alternans和尖孢镰刀菌的共生关系

图2. 尖孢镰刀菌在化蛹之初迅速增殖

图3. 共生体介导的幼虫保护

图4. 龟甲虫向未受感染的宿主植物传播尖孢镰刀菌

图5. Chelymorpha共生的尖孢镰刀菌对甘薯植物（Ipomoea batatas）的致病影响

图6. Chelymorpha共生的尖孢镰刀菌的基因组特征和注释

图7. Chelymorpha共生的尖孢镰刀菌的次级代谢和杀虫潜力

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