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森林健康研究团队揭示了来源于土壤的肠道细菌赋予茶籽象更强的植物化学抗性抵抗能力

澳门银银河4936:作者:时间:2022-06-29点击数:

近日,国家重点实验室森林健康“森林-昆虫-微生物互作”研究团队(周旭东教授课题组)在微生物学领域顶级期刊《Microbiome》(中科院1区TOP期刊,IF=16.837)上发表研究论文《Soil-derived bacteria endowCamelliaweevil with more ability to resist plant chemical defense》,揭示了来源于土壤的肠道细菌赋予茶籽象更强的植物化学抗性抵抗能力。

图1.茶籽象肠道、蛹室土壤、及油茶果实微生物组多样性分析


研究通过对油茶害虫茶籽象肠道菌群溯源,发现来自土壤的微生物群对茶籽象肠道菌群影响显著;对土壤微生物与肠道微生物共有功能菌株筛选发现不动杆菌AS23菌株为土壤与肠道共有菌;通过对共有菌株离体与活体条件下降解茶皂素能力比较,发现该菌株具有降解茶皂素能力;为进一步明确该菌株可被茶籽象成虫化蛹阶段从土壤传递给后代,利用荧光标记技术将目标菌株AS23标记后,回接进茶籽象化蛹土壤里,经F1代幼虫肠道荧光检测,发现F1代幼虫具有荧光信号,且具备野生型相似的茶皂素耐受能力,说明土源的AS23赋予了茶籽象更强的茶皂素抵抗能力。

图2.茶籽象肠道微生物组溯源分析


本研究的深入开展是建立在前期对茶籽象肠道菌群分析,及茶籽象爆发严重的老油茶土壤分析基础上的。不同山茶属植物与茶籽象肠道菌群结构变化关联度最大的植物次生代谢物为茶皂素(Tea saponin五环三萜类化合物)(张守科等,2020,mSystems);进一步分析,茶籽象对不同无性系油茶的:β视氩柙硭睾扛合喙,且油茶茶皂素是影响茶籽象存活率及肠道菌群多样性的主要化合物,不动杆菌是高茶皂素含量寄主内茶籽象肠道菌群优势菌群(张守科等,2021,林业科学);与此同时,对茶籽象爆发严重的老油茶林土壤微生物分析也发现不动杆菌是老油茶林土壤微生物的核心菌群(张守科等,2022,Microbiology Spectrum(IF=9.043),该研究结果受到Nature Food(IF=20.43)编辑的关注并撰写“Camelliaplantations’ age impacts the soil microbiome”的Research Highlights报道)。基于此,我们提出了3个科学问题(1)茶籽象肠道菌群中核心菌群来源问题?(2)核心菌群是否具备降解茶皂素的能力?(3)回接目标菌株后,茶籽象是否具备野生型一致的茶皂素耐受能力?相关科学问题的回答,帮助我们探讨了植食性昆虫肠道微生物溯源、参与植物次生代谢产物降解的菌群挖掘、开展功能基因的筛选以及菌株的传递与解毒功能验证等,为揭示肠道微生物介导植食性昆虫耐受植物毒素的化学机制提供了直接证据。

油茶是我国特有的木本油料作物,已有2000多年的栽培与利用历史,主要分布在长江流域及以南的15个省区。油茶直接服务于国家乡村振兴、粮油安全和木本油料产业发展战略,是助力当地百姓脱贫致富的“幸福树”。2019年全国油茶种植面积达到6800万亩,产业总产值达到1160亿元,带动了173万贫困人口增收。国家林业和草原局2020版《油茶产业发展指南》指出,到2025年油茶种植面积达到9000万亩,其中包括改造低产林2000万亩,预期总产值达到4000亿元。今年年2月22日,《中共中央 国务院关于做好2022年全面推进乡村振兴重点工作的意见》指出,大力实施大豆和油料产能提升工程,支持扩大油茶种植面积,改造提升低产林。然而,茶籽象及炭疽病的爆发,是油茶低产的重要原因。因此解决好油茶病虫害的防治问题,对油茶林提质增效具有重要意义。该研究由国家重点实验室森林健康“森林-昆虫-微生物互作”研究团队完成,国家重点实验室为第一单位和通讯作者单位,核心成员张守科博士为第一作者,团队负责人周旭东教授为通讯作者。中国林业科学研究院亚热带林业研究所舒金平研究员、澳门银银河4936博士研究生李子坤、郭恺副教授,以及南开大学薛怀君研究员参与了此项工作。该研究得到澳门银银河4936科研发展基金国家级人才启动项目(2020FR036)资助。

原文链接:https://doi.org/10.1186/s40168-022-01290-3

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