五种蝉科昆虫贮菌体与生殖器官细菌多样性

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蝉科昆虫成虫和若虫都以植物木质部汁液为食,但其营养物质极不均衡,缺乏一些糖类、氨基酸和维生素。因此,蝉科昆虫贮菌体、肠道、生殖器官等部位存在大量的细菌,为蝉科昆虫提供营养代谢与生长发育所必须的营养物质。目前,关于蝉科昆虫贮菌体、生殖器官中的细菌组成和多样性研究非常有限。本研究首先采用16S rRNA PCR-RFLP方法明晰了蟪蛄Platypleura kaempferi和蒙古寒蝉Meimuna mongolica雌性贮菌体的细菌种类及多样性,然后利用诊断PCR分析了优势细菌在蟪蛄和蒙古寒蝉不同寄主个体和不同器官中的分布规律。之后,进一步采用Illumina高通量测序的方法探讨了蟪蛄、蒙古寒蝉、合哑蝉Karenia caelatata、螗蝉Tanna sinensis和斑透翅蝉Hyalessa maculaticollis的贮菌体(雌、雄)和生殖器官的细菌组成和多样性,主要结果如下:1.PCR-RFLP研究结果表明,雌性蟪蛄贮菌体中的细菌主要属于变形菌门Proteobacteria和栖热菌门Deinococcus-Thermus。其中,Hodgkinia sp.和Rickettsia sp.是优势细菌。雌性蒙古寒蝉贮菌体的细菌主要属于拟杆菌门Bacteroidetes、无壁菌门Tenericutes、栖热菌门Deinococcus-Thermus、放线菌门Actinobacteria和厚壁菌门Firmicute。其中Sulcia muelleri和Spiroplasma sp.是优势细菌。蒙古寒蝉雌性贮菌体中的细菌多样性高于蟪蛄。2.高通量测序技术对5种蝉科昆虫贮菌体、卵巢和精巢中细菌的有效序列、OTUs和细菌组成的分析结果表明:(1)从5种蝉科昆虫贮菌体和生殖器官中共得到3,011,673条细菌的优质序列及9042个OTUs,每个样品的测序深度能够客观地反映细菌群落的多样性。(2)蟪蛄贮菌体和生殖器官的细菌主要包括细菌界的12个门。其中,拟杆菌门Bacteroidetes是贮菌体(雌、雄)和卵巢的优势细菌,变形菌门Proteobacteria是精巢的优势细菌。在属(种)级水平上,S.muelleri是蟪蛄贮菌体(雌、雄)和卵巢的优势细菌;蟪蛄精巢的细菌群落存在明显的个体差异,Rickettsia是个体Pt 1的优势细菌,Rhodococcus、S.muelleri和Rickettsia是个体Pt 2的优势细菌,Meiothermus是个体Pt 3的优势细菌。(3)蒙古寒蝉贮菌体和生殖器官的细菌主要包括细菌界的11个门。其中,拟杆菌门Bacteroidetes是贮菌体(雌、雄)和卵巢的优势细菌,无壁菌门Tenericutes是精巢的优势细菌。在属(种)级水平上,S.muelleri是贮菌体(雌、雄)和卵巢的优势细菌,Spiroplasma sp.是精巢的优势细菌。(4)合哑蝉贮菌体和生殖器官中的细菌主要包括细菌界的9个门。其中,变形菌门proteobacteria是贮菌体(雌、雄)和精巢的优势细菌,拟杆菌门bacteroidetes和变形菌门proteobacteria是卵巢的优势细菌。在属级水平上,dietzia是贮菌体(雌、雄)的优势细菌,精巢和卵巢的细菌种类很多,细菌丰富度都相似,优势细菌不明显。(5)螗蝉贮菌体和生殖器官中的细菌主要包括细菌界的8个门。其中,变形菌门proteobacteria是贮菌体(雌、雄)和卵巢的优势细菌,变形菌门proteobacteria和疣微菌门verrucomicrobia是精巢的优势细菌。在属级水平上,rhodoplanes是贮菌体(雌、雄)和卵巢的优势细菌,corynebacterium是精巢的优势细菌。(6)斑透翅蝉贮菌体和生殖器官中的细菌主要包括细菌界的8个门。其中,拟杆菌门bacteroidetes是贮菌体(雌、雄)的优势细菌,变形菌门proteobacteria是卵巢和精巢的优势细菌。在属(种)级水平上,s.muelleri是贮菌体(雌、雄)的优势细菌,rickettsia是卵巢和精巢的优势细菌。3.高通量测序对5种蝉科昆虫贮菌体和生殖器官的细菌alpha多样性分析表明:(1)在同种蝉科昆虫中,细菌的alpha多样性比较分析结果显示,在蟪蛄体内,各器官的细菌丰富度大小为:精巢>卵巢>雄性贮菌体>雌性贮菌体;细菌多样性大小为:卵巢>精巢>雌性贮菌体>雄性贮菌体。在蒙古寒蝉体内,各器官的细菌丰富度大小:雌性贮菌体>精巢>卵巢>雄性贮菌体;细菌多样性大小为:卵巢>精巢>雄性贮菌体>雌性贮菌体。在合哑蝉体内,各器官的细菌丰富度大小为:精巢>雄性贮菌体>卵巢>雌性贮菌体;细菌多样性大小为:精巢>卵巢>雌性贮菌体>雄性贮菌体。在螗蝉体内,各器官的细菌丰富度大小为:精巢>卵巢>雄性贮菌体>雌性贮菌体;细菌多样性大小为:精巢>卵巢>雌性贮菌体>雄性贮菌体。在斑透翅蝉体内,各器官的细菌丰富度大小为:精巢>卵巢>雄性贮菌体>雌性贮菌体精巢;细菌多样性大小为:卵巢>雌性贮菌体>雄性贮菌体>精巢。(2)五种蝉科昆虫相应器官的细菌alpha多样性比较分析结果显示,合哑蝉贮菌体(雌、雄)、卵巢和精巢的细菌丰富度最高,斑透翅蝉贮菌体(雌、雄)、卵巢和精巢的细菌丰富度最低;合哑蝉贮菌体(雌、雄)、卵巢和精巢的细菌多样性最高,蒙古寒蝉贮菌体(雌、雄)和精巢,螗蝉卵巢的细菌多样性最低。4.采用诊断pcr对4种优势细菌在蟪蛄和蒙古寒蝉不同器官中的分布研究表明,在蟪蛄各器官内,s.muelleri分布在贮菌体(雌、雄)、卵巢、精巢、前肠中;hodgkiniasp.分布在贮菌体(雌、雄)和卵巢中;rickettsiasp.分布在唾液腺、中肠、马氏管和精巢中;螺原体spiroplasmasp.在蟪蛄体内无分布。在蒙古寒蝉各器官中,s.muelleri分布在贮菌体(雌雄)、前肠、卵巢和精巢;hodgkiniasp.在蒙古寒蝉体内没有分布;rickettsiasp.分布在中肠和部分个体的唾液腺中;spiroplasmasp.分布在贮菌体(雌、雄)、中肠和后肠中。5.不同种类的蝉科昆虫贮菌体和生殖器官中共生菌的组成和多样性存在明显差异,这与蝉科昆虫的种类、个体差异、生活环境和细菌间的相互作用有关。
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