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根际寄生假单胞菌在草食性昆虫体内不同发育阶段中持续存在，并传播至新的寄主植物

花匠小妙招
2024-11-03 17:16

https:///10.1038/s41396-018-0317-4

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在荧光假单胞菌复杂群体中，有一个特定的系统发育群——绿斑假单胞菌亚群，除了对植物有益的活动外，这些细菌还具有将昆虫作为替代宿主定居的特点。菌株能够对抗很多昆虫。昆虫致病力的影响因素有：Fit毒素、抗微生物代谢产物、分泌酶、脂多糖抗原和杀虫蛋白。已知绿斑假单胞菌株都是根际分离物，目前尚不清楚这些细菌是否也对土壤害虫有致病作用，因此是否有潜力成为根际害虫的生防菌。这一发现提出了这样的假设，即昆虫可能代表吸引人的媒介到达新的植物寄主。根际细菌固有的扩散能力有限，可能在很大程度上依赖于被动运输，如水流，以克服长距离。或者，通过媒介传播是获得新栖息地的一种看似合理的方式。绿蚜假单胞菌L11是一种无生防活性的高效根部定殖剂，可通过红腿蝗虫和南方玉米根虫在植物间传播。

P. chlororaphis subgroup 对根部害虫的影响

细菌处理的萝卜鳞茎的实验中，假单胞菌引起的化蝇率和蛹大小与对照相比显著降低。在重复实验中，只有假单胞菌CMR12a显著降低了化蝇率和蛹大小。在进一步的实验中，根斑潜蝇的幼虫以接种或不接种P.Protegen CHA0的花椰菜植株的根为食。在这两个实验中，在对照和CHA0处理之间，没有检测到化蝇率、蛹大小和出蛹苍蝇数量的显著差异。此外，接种CHA0的植株的地上部重量与对照植株没有显著差异。

CHA0在根结线虫中的传播及成虫对新寄主植物的传播由于本研究没有观察到对根结线虫幼虫存活的影响，我们想知道假单胞菌CHA0是否能够建立一种相当共生的相互作用，使细菌能够定植幼虫，在昆虫的不同生活期内持续存在，并最终通过成虫转移到新的寄主植物上。1.从幼虫到成虫从两个花椰菜实验中提取的幼虫和蛹表明，它们确实被 CHA0 定殖，对照处理的昆虫中未检测到 CHA0。然而，从 CHA0 处理的根中出现的一些果蝇表现出发育缺陷，最明显的是翅膀畸形。取出三只残废果蝇，其中两只明显被 CHA0 定殖。由于花椰菜实验中看起来健康的果蝇能够将 CHA0 传播到新的宿主植物，因此它们一定携带了细菌，尽管我们没有检测到它们。因此，我们通过第二种方法评估了较大数量的 Delia 果蝇是否存在 CHA0。将对照实验和萝卜实验的 CHA0 处理中出现的整只果蝇置于选择性液体培养基中，事先不进行表面消毒，然后检查培养基中 CHA0 的生长情况。这种定性方法表明，在一个实验中，76% 的健康果蝇携带 CHA0，在另一项实验中，53% 的健康果蝇携带 CHA0。在对照处理的果蝇上没有检测到 CHA0。2.从潜蝇传播到宿主植物为了评估在幼虫阶段接触过 P. protegens CHA0 的 Delia 果蝇是否能够将 CHA0 传播到新的宿主植物。将花椰菜实验中对照和 CHA0 处理产生的蛹转移到封闭的塑料烧杯中（每个烧杯三到四个蛹），其中含有在沙蛭石基质上无菌生长的油菜籽小苗。为了避免蛹传播细菌，将它们保存在容器中，防止与植物或基质直接接触。新生的苍蝇在传播微观世界中飞来飞去，其中一些还产卵。第一批果蝇开始出现九天后，评估根系统的细菌定植情况。暴露于 CHA0 处理后出现的果蝇的根部确实被 P. protegens CHA0 定殖。因此，Delia 果蝇能够将 P. protegens CHA0 传播到新的宿主植物。因此证明 P. protegens CHA0 当被幼虫摄入时不仅可以传播到蛹阶段，甚至可以传播到成虫阶段，并且成虫可以将细菌传播到新的寄主植物。P. protegens CHA0的跨级传播，这是在易感昆虫和抗性昆虫中观察到的现象由于我们对根茎昆虫的实验表明，CHA0 与这种昆虫的关系是共生性而非致病性，因此我们想知道这种细菌在对 CHA0 感染高度敏感的昆虫中能在多大程度上持续存在。因此，我们监测了 CHA0 的持久性及其对其他昆虫物种发育的影响：小菜蛾，一种对 CHA0 高度敏感的食叶昆虫；大白菜粉蝶，这是另一种食叶鳞翅目动物，早期的实验表明其对 CHA0 高度敏感；最后是黑藤象甲，它是第二种食根昆虫，迄今为止从未研究过它与 CHA0 的相互作用。1.小菜蛾P. protegens CHA0 存在于小菜蛾的幼虫、蛹和成虫中。几乎 80% 的幼虫在接种了 10μl OD600=0.1（高剂量）CHA0 的人工饲料后无法存活到化蛹，其余的通常在蛹期死亡。幼虫和蛹中的细菌数量相当，而在两个发育阶段，死亡个体所携带的细菌比仍然存活的个体多约100至1000倍）。为了研究CHA0是否能持续到成虫阶段，我们在感染后以低十倍的剂量进一步提取了小菜蛾，导致幼虫阶段几乎不再死亡。在这些感染中，仅在十五只幼虫中的六只中检测到 CHA0，且数量非常低。然而，定殖水平在蛹和成虫阶段有所增加。一般来说，成虫出现率非常低），因为 Plutella 取食测定针对以 CHA0 取食时快速杀死幼虫进行了优化，而不是针对昆虫的长期生存。2.大白菜粉蝶在 P. protegens CHA0 对芸苔幼虫进行口腔感染时，发现存活率取决于幼虫阶段。当用高剂量的 CHA0 喂养 1、2 和 3 龄幼虫时，~70–95.8% 的幼虫在六天内死亡。相比之下，饲喂相同数量 CHA0 细胞的 4 龄幼虫的抵抗力要强得多，并且在大多数实验中表现出超过 95% 的存活率。但仍有一些感染 CHA0 的 4 龄幼虫无法形成完整的蛹，一些外观正常的蛹黑化并死亡。与对照组相比，CHA0 处理中的死亡个体（幼虫和蛹）数量更高。此外，CHA0处理的蝴蝶总数的15.5%出现形态缺陷，即翅膀严重变形，这再次高于对照（4.4%）。对幼虫、蛹和成虫的提取显示，几乎所有活幼虫中都存在 CHA0，其水平约为每只昆虫 4 log10 cfu，而在死亡幼虫中，甚至每只昆虫的含量高达 9 log10 cfu，而在活蛹和外观健康的成虫中，CHA0 的含量甚至高达 9 log10 cfu ，CHA0 仅在例外情况下被发现。在具有异常表型的个体中，经常检测到CHA0，这表明在某些情况下该细菌可以在芸苔假单胞菌中存活直至蛹和成虫阶段。