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【研究进展】谢强教授团队在蝽类昆虫植食性进化研究中取得重要进展

花匠小妙招
2025-05-03 10:53

【研究进展】谢强教授团队在蝽类昆虫植食性进化研究中取得重要进展

发布日期：2023-11-15

植食性蝽类昆虫近年来在国际上受到的关注持续上升，严重危害棉花的草盲蝽Lygus spp.和苜蓿盲蝽Adelphocoris spp.、严重危害大豆的点蜂缘蝽Riptortus pedestris、以及严重危害果树和园林植物的茶翅蝽Halyomorpha halys等物种，均为半翅目异翅亚目（俗称蝽类昆虫或椿象）中的植食性类群。

蝽类昆虫分异强烈、食性广泛，其中的绝大多数植食性物种集中于2个次目4个总科，即臭虫次目的盲蝽总科Miroidea，和蝽次目的蝽总科Pentatomoidea、缘蝽总科Coreoidea、长蝽总科Lygaeoidea。这四个总科的全世界已知物种数量合计超过3万种，占到蝽类昆虫全部物种数量的三分之二以上。

2017年以来，谢强教授团队从系统发育和共生微生物两个角度对植食性蝽类的进化历史开展了研究。在系统发育的研究部分，基于150个物种的低覆盖度基因组数据重建了臭虫次目和蝽次目的系统发育和分歧时间。结果表明植食性蝽类的适应辐射发生在白垩纪早期，其分化速率与被子植物高度一致，前者比后者滞后约1千万年（图1）。一方面，这样的滞后体现了植食性昆虫对于植物食材的取食适应并非易事，与自古以来世界上多类植食性昆虫留给人们动辄可以严重危害各种农作物等植物的普遍印象不完全一致。另一方面，10个百万年（宏进化研究中的常见时间单位）在数亿年的动物、植物进化历史中，确实不是太长的时间间隔，植食性昆虫适应辐射的步伐算得上是紧跟被子植物适应辐射的步伐。

图1 植食性蝽类昆虫亚科的分化与被子植物目级分化之
间的关系

在共生微生物的研究部分，基于三代全长扩增子测序对9总科32科209个蝽类昆虫物种的共生细菌和真菌微生物群落组成规律进行了探索。结果表明，主力共生细菌主要受宿主影响、次要共生菌主要受环境因素影响；而共生真菌主要受环境因素影响。该研究在国际上首次发现了植食性昆虫主力共生细菌在宏进化过程中的替代现象（图2），并且这些替代大都发生在白垩纪早期，与植食性昆虫科级分类单元适应辐射的主体阶段同步。

图2 植食性蝽类昆虫主力共生细菌在科（a）、属（b）水平的替代

结合两项研究的结果，共同揭示了白垩纪早期是植食性昆虫快速多样化的关键时期，驱动这一重大进化事件的外因主要是被子植物的快速多样化，同时可能也包括大气氧含量升高和全球平均气温升高等古生态理化因素。同时，作为共生意义上的内因，主力共生细菌在科、属水平的多次替代起到了关键的辅助作用。盲蝽总科的植食性起源于肉食性祖先、转变强烈，主力共生细菌主要是胞内共生菌Wolbachia；蝽总科、红蝽总科、缘蝽总科、长蝽总科的植食性起源于杂食性祖先、转变相对温和，主力共生细菌更具多样性。

两项研究成果分别以《Diversification of the phytophagous lineages of true bugs (Insecta: Hemiptera: Heteroptera) shortly after that of the flowering plants》和《Different roles of host and habitat in determining the microbial communities of plant-feeding true bugs》为题，先后于2022和2023年在顶级期刊Cladistics和Microbiome发表，第一作者分别为2021年毕业的叶飞博士和2022年毕业的杨子文博士。这两项工作为后续更加深入的蝽类昆虫食性分化研究打下了扎实的基础。研究工作得到国家自然科学基金面上项目（31772425）和广东省自然科学基金卓越青年团队项目（2023B1515040002）等资助支持。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/cla.12501和https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-023-01702-y

来源：生命科学学院