【研究进展】庞虹教授团队发现蚜食性瓢虫适应一种蚜虫共生菌
昆虫体内通常有长期共生的细菌，这些细菌与其宿主组成了一个命运共同体：宿主昆虫为细菌提供生存空间，而细菌则帮助宿主昆虫合成营养、耐受逆境和抵御天敌等。当宿主昆虫受到天敌威胁时，有些共生的细菌能通过分泌毒素或刺激宿主免疫反应等方式，与天敌作殊死一战。
但是，抵御天敌可能并不是共生菌在天敌压力下生存的唯一策略。庞虹教授团队的最新研究指出，有些共生菌在昆虫宿主被捕食后会转移至捕食者体内，并与捕食者保持一种近乎中性的关系。
跨营养级传播的共生菌
“也许是我们把样品搞混了？”这是团队拿到瓢虫微生物组分析结果时的第一反应。因为团队发现，瓢虫的微生物组里竟然其中有大量蚜虫的共生菌。确认实验无误后，团队意识到，这可能是个重要的发现。随后的结果显示，一种被鉴定为为Serratia symbiotica的细菌广泛存在于测试的蚜虫及其取食蚜虫的瓢虫中。饥饿处理并不能把它们从瓢虫体内消除掉，说明它们非简单的食物残渣。通过显微观察，能在瓢虫消化道的角落找到它们的踪影。看来，瓢虫是通过捕食而感染了蚜虫的共生菌。
图：一只正在捕食蚜虫的七星瓢虫。在这过程中，一种蚜虫共生菌Serratia symbiotica悄悄地溜进瓢虫体内（杜雪勇摄）
忍辱负重，与捕食者共存
有报道称，这种名为S. symbiotica的蚜虫共生菌可以帮助蚜虫宿主抵御天敌。例如，捕食或寄生携带S. symbiotica的蚜虫会导致瓢虫或寄生蜂的死亡率显著上升。但奇怪的是，研究饲养的瓢虫一天到晚都在取食携带S. symbiotica的蚜虫，为何没有表现任何症状？
为解开当中的谜团，研究把该株S. symbiotica从蚜虫中分离出来，命名为SsMj。研究首先确定了SsMj是有防御属性的。对于非蚜食性的瓢虫，SsMj是有毒的。非蚜食性瓢虫取食携带SsMj的食物后适合度显著下降。而通过体液注射的方式感染SsMj后，它们的死亡率显著上升。
相反，SsMj对蚜食性瓢虫的影响甚微。通过食物添加或者体液注射的方式感染SsMj后，蚜食性瓢虫的生长发育速度和死亡率几乎都没有显著变化。此外，感染SsMj不会对这些瓢虫体内的微生物多样性产生显著影响。由此可见，SsMj降低了毒性以允许与蚜食性瓢虫共存，制造出双赢的局面：蚜食性瓢虫在捕食后免受SsMj的毒害，而SsMj则可以借蚜食性瓢虫为桥寻找新的宿主。
图：研究结果显示蚜食性瓢虫受Serratia symbiotica的影响甚微。(a-e)瓢虫分别取食携带S. symbiotica SsMj (SS，蓝色)，S. marcescens (SM，绿色)以及PBS缓冲液(红色)的食物后适合度比较。瓢虫适合度由幼虫存活率和初羽化成虫体重作为衡量标准。(f-k)瓢虫分别注射S. symbiotica SsMj (SS)(OD630=1.0, 1.4, 1.8, 2.2)，S. marcescens (SM) (OD630=1.0), Staphylococcus sp. (ST)(OD630=1.0)以及对照组PBS缓冲液后的生存曲线
从斗争到共存——上亿年的生存博弈
人们食用被微生物污染的食物会不舒服。看来昆虫也会有相似的烦恼，因此它们进化出多种策略以应对食物当中的细菌。本研究报道了一种全新的策略——捕食者瓢虫容纳了一种本带防御属性的蚜虫共生菌。这可能是瓢虫与蚜虫共生菌寻求共存而作出的妥协。回顾两者的进化历史，蚜食性瓢虫所属于瓢虫族Coccinellini是从晚白垩纪转变为食蚜的，而S. symbiotica则至少在白垩纪就成为蚜虫的共生菌。因此，瓢虫族获得并保持蚜食性，可能是得益于对S. symbiotica等蚜虫共生菌的长期适应。
当然，蚜虫防御性共生菌的种类不少，S. symbiotica不同株系的生活方式也多种多样，它们与蚜食性瓢虫的互作方式又是如何？此外，天敌瓢虫的非靶标攻击（取食害虫以外的中性甚至有益生物）是生物防治一个严重的问题，那么我们是否可以通过瓢虫与猎物共生菌的互作关系，来推测天敌瓢虫的食谱？这值得我们继续深入研究。
本研究结果以“Aphidophagous ladybird beetles adapt to an aphid symbiont”为题在国际学术期刊Functional Ecology上发表。庞虹授团队的生命科学学院2020级博士研究生杜雪勇为该论文的第一作者，生态学院李浩森副教授为通讯作者，瓢虫生态与进化实验室的其他成员以及比利时根特大学的科研人员亦对研究作出了贡献，有害生物控制与资源利用国家重点实验室为第一完成单位。本研究由国家自然科学基金、广州市科技计划项目和广东省自然科学基金资助。
论文链接：https://doi.org/10.1111/1365-2435.14138
来源：BeetleEcoEvol
