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烟粉虱Bemisiatabaci包含至少36个不同的隐存种复合群,其中Middle East-Asia Minor 1(MEAM 1)与 Mediterranean(MED)两个隐存种为重要的世界性害虫。烟粉虱隐存种中已发现有多种共生菌,包括原生共生菌Portiera和7种次生共生菌Hamiltonella,Rickettsia,Arsenophonus,Cardiniurm,Wolbachia,Fritschea和Hemipteriphilus。烟粉虱中的多数共生菌都局限于含菌细胞中,主要通过卵垂直传播。虽然目前有少数报道表明一些共生菌参与寄主的代谢活动、提高寄主的适应性等,但烟粉虱中大多数共生菌的功能仍不清楚,并且共生菌垂直传播的机制也知之甚少。为了揭示共生菌与烟粉虱之间的互作关系,本研究首先调查了烟粉虱田间种群中共生菌的多样性,接着探索了Hamiltonell 在烟粉虱体内的功能以及烟粉虱含菌细胞内的共生菌的垂直传播过程,最后分析了高温对烟粉虱共生菌的影响。研究结果如下:(1)烟粉虱共生菌的多样性我们调查了来自42个不同的田间种群的7个烟粉虱隐存种的共生菌。发现共生菌Hamiltonella只存在于入侵种MEAM1和MED烟粉虱中,在调查的30个种群中,有27个种群中该共生菌的感染率都为100%,另三个种群的感染率分别为88.9%、90.5%和95.0%。MEAM1烟粉虱中的Rickettsia感染率也较高,在66.7-100%之间。MED烟粉虱中Cardinium的感染率在0-85.7%之间,仅一个MED种群中检测到Rickettsia,感染率为12.5%。在所调查的5个本地烟粉虱隐存种的12个种群中,都没有检测到Hamiltonella。这些本地种含有高比例的Wolbachia或 Arsenophonus,同时也零星感染Rickettsia,Cardinuy 和Hemipteriphilus。(2)共生菌Hamiltonella影响寄主昆虫的性比为了研究Hamiltonella在烟粉虱中的功能,我们通过高温和抗生素混合物两种方法分别选择性去除该共生菌。去除Hamiltonella后,烟粉虱后代的性比(雄:雌)从大约1:1变为20:1以上,性比变化只与雌性亲本的带菌状况有关而与雄性无关,并且卵的孵化率未受影响。烟粉虱是一种单双倍体昆虫,受精卵发育为双倍体的雌性,未受精卵发育为单倍体的雄性。去除Hamiltonella后,未影响烟粉虱的交配次数,精子也能正常进入受精囊,这些结果表明后代过高比例的雄性可能是由于受精过程的失败或者受精卵发育异常所致。垂直传播为的Hamiltonella传播方式,但该共生菌的缺失导致烟粉虱所产的后代大多为不含该菌的雄性个体。在自然界,不带Hamiltonella雄性个体可通过与含有该菌的雌性昆虫交配,产生的下一代为含有该菌的雌虫和雄虫。因此,Hamiltonella缺失对寄主性比的影响应有利于该共生菌在田间的传播与扩散。另外,如果该共生菌的存在对寄主有利,则该效应也有利于寄主的适应性。(3)含菌细胞介导共生菌垂直传播的细胞机制通过观察烟粉虱体内含菌细胞的状态变化,发现烟粉虱从若虫期发育到成虫时其体内的含菌细胞是不断增殖的,并且这类细胞的特性也发生一定的变化。在成虫期含菌细胞的粘附性下降,细胞发生形变且可以自由移动,这些变化促使该细胞进入卵巢内。与此同时,含菌细胞内的共生菌Portiera和Hamiltonella则随着整个含菌细胞一起进入卵子内完成垂直传播。因此,含菌细胞在介导共生菌在寄主昆虫中的垂直传播发挥重要作用。(4)高温对烟粉虱含首细胞和共生菌的影响在持续高温处理下,MEAM1和MED烟粉虱含菌细胞内的共生菌Portiera和Hamiltonella含量显著降低,处理后几乎检测不到。与此同时,烟粉虱雌性成虫中单个含菌细胞体积变大,但含菌细胞数量明显下降,并最终导致整个虫体内整体含菌细胞体积的减少。并且,含菌细胞内共生菌和细胞器都发生降解,积累大量致密性包涵体。最终,含菌细胞及胞内共生菌Portiera和Hamiltonella都不能传播到后代。Rickettsia在高温下的表现则与之前两种共生菌不同,该共生菌分散分布于烟粉虱整个体腔内,高温下仍能大量保留并能正常传播到卵内。这些结果表明含菌细胞对高温的敏感性可能会限制胞内共生菌的存在与传播,因此共生菌在寄主体内的分布格局可能影响它们应对不利温度的能力以及在寄主中的持续存在。综上所述,本研究发现次生共生菌Hamiltonella能特异性感染MEAM1和MED烟粉虱,并且能够调控这两种烟粉虱的性比。除此之外,烟粉虱体内特化的含菌细胞的一系列细胞特性能介导胞内共生菌的垂直传播。然而该细胞对高温比较敏感,在高温环境下含菌细胞的损害可能会影响到胞内共生菌的存活和垂直传播。这些研究结果表明,共生菌和含菌细胞都对烟粉虱的生命活动有重要影响,可将它们作为害虫防治的新靶标,探索干扰它们与寄主之间互利共生关系的方法,进而发展害虫防治的新方法。