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NC:吃叶片的毛毛虫的微生物来源是宿主植物,还是土壤呢?

发布时间:2019-4-2 15:53:43阅读次数: .html 次分享到:

        毛毛虫一般指鳞翅目(蛾类和蝶类)昆虫的幼虫。有的幼虫身上有很多有毒的刚毛,人碰到皮肤会红肿。


        众所周知土壤和植物的微生物群体是有关联的,但是这种关联如何影响食草动物的微生物群体呢?3月19日Nature Communications上发表的一篇文章“Foliar-feeding insects acquire microbiomes from the soil rather than the host plant”就深度探讨了土壤、植物和寄生在植物上的昆虫三者的关联。结果让人吃惊,其实毛毛虫的微生物并不是来自于它们赖以生存的植物,而是直接来源于土壤,是土壤塑造了昆虫的微生物群。



实验设计与方法


取样:

根际土72个(18个小区,每小区4个生物学重复),根、叶、离体叶、毛毛虫共360个样本;

测序:

Illumina MiSeq测序,16S rRNA V4区(细菌)和ITS2区域(真菌)。


研究结果


① 土壤、植物和毛毛虫微生物组成结构

植物在协调这些地上和地下生物之间的相互作用方面发挥着关键作用,但植物和昆虫微生物群落的变化在这些地上-地下相互作用中所起的作用尚不清楚。

土壤中细菌和真菌的多样性最高,而叶片的微生物多样性最低(图1a、b)。那么毛毛虫的微生物是受植物还是土壤所影响呢?为了解答此问题,本研究设计了两个平行试验:1、毛毛虫以离体的叶片为食;2、毛毛虫以完整的植物上的叶片为食。结果显示,以离体叶片为食的毛毛虫,其细菌和真菌的数量及总量显著低于以完整植株上叶片为食的毛毛虫。这两组毛毛虫的微生物群落结构存在显著差异。

图1 毛毛虫、叶、根和土壤中细菌和真菌的多样性以及群落结构


② 土壤、树叶和毛毛虫之间的共有微生物

以完整叶片和脱落叶片为食的毛毛虫具有一个共同的核心微生物群,这个核心微生物也存在于叶片(占叶片微生物的20.3%)和根中(19.1%)。毛毛虫也具有自己独特的微生物,有16.7%的微生物仅在毛毛虫中被发现。

值得注意的是,以完整植株上的叶片为食的毛毛虫的微生物有75%在土壤中也存在(图2a),但以离体叶片为食的毛毛虫中几乎没有土壤中的微生物种类(图2c)。

图2 毛毛虫、植株和土壤共有的细菌和真菌OTU


③ 土壤遗留微生物对土壤、植株和毛毛虫微生物群落的影响

通过两个平行实验调查了田间种植植物群落对土壤微生物群落组成、土壤中生长的蒲公英及蒲公英上的毛毛虫微生物的影响。用不同植物群落的组成(生长快速的草、生长慢的草或不种草)调节了土壤微生物,影响了这些土壤中真菌和细菌群落的结构(图3a、e)。但是,之后在这些土壤中种植的蒲公英的根、叶中的微生物并没有被改变(图3c、d、g、h)。而此研究在毛毛虫被喂食了完整植株上的叶片后,在毛毛虫的微生物群落中检测到了土壤来源的群落。这说明以植株喂食的毛毛虫的微生物来源于土壤。

图3 植物群落对微生物群落的影响


④ 毛毛虫的数量

生长在植株上的毛毛虫的数量与真菌Chaetotyriales的丰度呈负相关,与SordarialesPseudomonadales 和 Burkholderiales三种细菌呈负相关。毛毛虫的数量及成活率与两类真菌和三类细菌正相关(图4)。而以分离叶片为食的毛毛虫,其数量不与任何真菌及细菌有显著的相关性。

图4 毛毛虫参数、植物参数与毛毛虫中真菌和细菌相对丰度的关系



结论

    ① 毛毛中的微生物不是来自于它们赖以生存的植物,而直接来自于土壤,土壤塑造了昆虫的微生物群;

    ② 昆虫整个微生物群落包含细菌和真菌都受土壤微生物的影响,但是这些微生物的比例与在土壤中的比例并不相同;

    ③ 昆虫从土壤中获得的微生物并不总是有益的;

    ④ 土壤与昆虫可能通过微生物群落存在直接联系,而不仅仅只通过植物介导产生影响;

    ⑤ 在自然环境下毛毛虫的微生物群体可能与本实验不同,自然环境下毛毛虫能经常与土壤接触,它们也可以在植物上移动来改变宿主植物。


配图来源网络/侵删



    参考文献:

S.Emilia Hannula , Feng Z . Foliar-feeding insects acquire microbiomes from the soil rather than the host plant. Nature Communications. 2019.03.19



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