浙江大学黄健华/陈学新教授团队在NC和 ISME J连发两篇研究论文

2022年8月8日，浙江大学农业与生物技术学院黄健华研究员、陈学新教授团队在The ISME Journal发表题为“Parasite reliance on its host gut microbiota for nutrition and survival”的研究成果，揭示了寄生蜂通过肠道微生物调控寄主营养代谢的新机制。

寄生性昆虫，特别是寄生蜂，是自然界农林害虫种群数量有效控制的自然控制因子，在害虫可持续控制中有广泛应用。寄生性昆虫与捕食性昆虫不同，通常不直接杀死猎物，而是通过调控寄主的生长发育、免疫和营养代谢，保证其后代能正常存活，最终杀死寄主。幼虫期寄生蜂生长发育所需的营养全部来源于其寄主，但是寄生蜂如何调控寄主营养代谢的分子机制尚不清楚。

布拉迪小环腹瘿蜂Leptopilina boulardi是杨梅果蝇类害虫的重要寄生蜂。团队发现（1）布拉迪小环腹瘿蜂幼蜂在正常寄主果蝇幼虫体内能完成生长发育，但在无菌寄主体内则出现大量死亡，无法发育至成蜂；（2）在正常寄主体内，寄生后其脂肪体中脂滴变大，脂含量显著上升，而无菌寄主体内，瘿蜂寄生并不影响脂含量；（3）通过肠道菌群16S rRNA测定和肠道菌群回补实验，揭示添加醋酸杆菌Acetobacter pomorun和另一种芽孢杆菌Bacillus sp.能挽救布拉迪小环腹瘿蜂幼蜂的发育，显著提高成蜂的羽化率。添加A. pomorun和Bacillus sp.至无菌寄主后，其脂含量也发生显著增加；（4）进一步研究发现，寄生后的正常寄主胰岛素样肽基因dilp2，3，5的转录水平上升，而无菌寄主寄生前后并无差异。同时，寄生后寄主脂肪体内胰岛素信号通路下游磷酸肌醇3-激酶（PI3K）的活性上升，蛋白激酶AKT磷酸化水平也上升，脂肪酶Bmm的活性受到抑制，说明寄生蜂通过抑制脂降解来促进其所需营养成分的积累。

综上所述，该研究揭示了一种寄生蜂对寄主营养代谢“精巧绝伦”的操控策略。即通过寄主肠道微生物，激活寄主胰岛素通路并抑制脂质降解，促使寄主体内积累更多脂质，满足寄生蜂后代的生长发育（图1）。研究结果不仅有助于深入理解寄生蜂对寄主营养调控的分子机制，而且为提升寄生蜂大量繁殖效率及其在生物防治中的应用提供了理论基础。

本论文第一作者为浙江大学周思聪和陆月琪博士研究生，通讯作者为浙江大学黄健华研究员、陈学新教授和美国佐治亚大学Michael R. Strand教授，该研究得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（31622048）、重点项目（31630060）、面上项目（32172467）和国家重点研发计划（2017YFD0200400、2019YFD0300100）等经费的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41396-022-01301-z

2022年8月2日，浙江大学农业与生物技术学院黄健华研究员、陈学新教授团队在Nature Communications发表题为“Search performance and octopamine neuronal signaling mediate parasitoid induced changes in Drosophila oviposition behavior”的研究论文，揭示了寄生蜂通过其搜寻寄主行为操控寄主害虫产卵量，从而降低危害的新机制。

斑翅果蝇是一类危害极大的浆果类水果害虫。其雌性成虫具有锯齿状产卵器，能将虫卵产在成熟或即将成熟的果皮下，孵化后的斑翅果蝇幼虫通过取食果肉发生危害。斑翅果蝇原产于东南亚和东亚，后陆续传入美洲和欧洲等许多国家和地区，对当地的樱桃产业造成了毁灭性的危害，已相继被美国和欧盟列入检疫性害虫名单。除了樱桃以外，斑翅果蝇的危害目标还包括杨梅、香蕉、猕猴桃、葡萄、草莓、桃子、李子、蓝莓等60多种浆果类水果。早在1937年，我国就有发现斑翅果蝇的报道。近年来，随着我国市场对浆果类水果的需求量逐年增加，其栽培面积也不断扩大。在我国国内的四川、云南、浙江、福建、贵州、山东等省份都爆发过斑翅果蝇危害樱桃、蓝莓、葡萄等水果的事件，造成了巨大的经济损失。

寄生蜂是自然界农林害虫种群数量有效控制的自然控制因子。因此，寄生蜂广泛应用于农林害虫的绿色防控。目前，斑翅果蝇的寄生蜂类群主要分布在4科16属，约50余种，包括寄生果蝇幼虫的茧蜂科 Braconidae和环腹瘿蜂科Figitidae的种类；寄生果蝇蛹期的锤角细蜂科Diapriidae和金小蜂科Pteromalidae的种类。其中，有关环腹瘿蜂科的小环腹瘿蜂属Leptopilina种类调控寄主的研究较为广泛。

团队以布拉迪小环腹瘿蜂L. boulardi为研究对象，首先发现年轻的寄生蜂能够显著降低寄主害虫的产卵量，而年老的寄生蜂则不影响寄主的产卵量。进一步发现年轻寄生蜂相较于年老寄生蜂，具有较强的寄主搜寻能力和寄生效率，这些差异正是寄主产卵量发生变化的重要因素。通过相关行为学实验处理和分析，发现一类特异的LC4视觉神经元参与了寄主感知寄生蜂搜索行为的变化，从而判别寄生蜂的年龄和危险程度。研究人员进一步对产卵量下降的分子机制进行了探究，发现在年轻寄生蜂胁迫下，寄主体内章鱼胺合成基因Tdc2和Tβh的表达发生下调，进而降低生殖系统中章鱼胺的含量，致使昆虫成熟卵子的滤泡细胞破裂受损，影响整个排卵过程，最终引起产卵量下降。

综上所述，本研究发现了寄生蜂调控寄主产卵的一种全新策略，并在分子水平上阐明了寄生蜂的寄主搜寻行为和章鱼胺信号通路共同参与调控该过程（图1）。研究结果有助于深入理解寄生蜂与寄主的互作机制，为提升寄生蜂的生物防治潜能提供了新的方向和理论基础。

本论文第一作者为浙江大学庞兰博士，通讯作者为浙江大学黄健华研究员。该项研究得到了浙江省杰出青年基金（LR18C140001），国家自然科学基金优秀青年科学基金项目（31622048）、面上项目（32172467）和国际合作重点项目（31920103005）等经费的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-32203-5

来源：浙江大学农业与生物技术学院

转自：植物科学最前沿

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