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为探究三化螟（Scirpophaga incertulas）微生物群，研究人员对其不同发育阶段菌群测序，发现菌群有显著变化，有助于新防治策略开发。
三化螟细菌群落研究：开启水稻害虫防治新视野
在广袤的稻田里，三化螟（Scirpophaga incertulas）是让稻农们头疼不已的 “大反派”。这种亚洲头号水稻害虫，从水稻的营养生长阶段到生殖阶段一路 “搞破坏”，造成的产量损失高达 10 - 90% 。它在水稻营养期会让稻苗出现 “枯心”，到了生殖期又会导致 “白穗”，严重影响水稻的产量和质量。
过去，人们对三化螟的防治手段有限。传统方法往往聚焦于三化螟本身，却忽略了一个隐藏在幕后的 “帮手”—— 它体内的微生物群落。昆虫与微生物之间存在着千丝万缕的联系，微生物在昆虫的营养获取、病原体防御、解毒等过程中都发挥着重要作用 。而且，不同发育阶段的昆虫，其体内微生物群落也会有所不同，这可能会影响昆虫对病原体的易感性，进而影响其生存和繁殖 。可对于三化螟，此前人们对其不同发育阶段的微生物群落知之甚少，相关研究多依赖培养依赖技术，不仅耗时费力，还难以全面揭示微生物的多样性。
为了填补这一知识空白，中国农业科学院（ICAR）下属的多个研究机构，包括国家水稻研究所、东部地区研究中心、印度蔬菜研究所等单位的研究人员联合展开了一项深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为我们了解三化螟提供了全新的视角，也为开发更有效的害虫防治策略带来了希望。
在这项研究中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：
- 样本采集与处理：从印度奥里萨邦科塔克的水稻试验田采集三化螟不同发育阶段（卵、幼虫、蛹、成虫）的样本，在特定条件下饲养后，采集样本并保存用于后续实验。
- DNA 提取与测序：对不同阶段样本进行 DNA 提取，针对 16S rRNA 的 V3 - V4 高变区进行扩增，利用 Illumina HiSeq 技术进行测序，获取大量基因数据。
- 数据分析：使用多种软件和工具，如 FastQC、QIIME 等，对测序数据进行质量评估、处理和分析，确定细菌的分类和功能。
下面让我们详细看看研究人员都有哪些重要发现：
- 16S rRNA 基因测序数据特征：通过对细菌 16S rRNA 基因扩增子的高变 V3 - V4 区域测序分析，发现三化螟幼虫阶段的操作分类单元（OTUs）数量最多（426 个），成虫最少（251 个） 。不同发育阶段的细菌群落多样性有所不同，例如香农（Shannon）和辛普森（Simpson）物种多样性指数在卵阶段最高，在第 5 龄幼虫阶段最低。
- 不同发育阶段微生物群分类组成：研究共鉴定出 25 个细菌门、46 个纲、101 个目、197 个科和 364 个属 。在所有发育阶段，变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）是主要优势菌门。不过，除幼虫阶段厚壁菌门占主导外，其他阶段变形菌门最为丰富。在属水平上，不动杆菌属（Acinetobacter）、芽孢杆菌属（Bacillus）、乳杆菌属（Lactobacillus）、肠球菌属（Enterococcus）和假单胞菌属（Pseudomonas）在各阶段都较为常见。
- 不同发育阶段细菌群落结构：厚壁菌门和变形菌门比例的变化是不同发育阶段细菌群落结构差异的主要原因 。例如，卵阶段芽孢杆菌科（Bacillaceae）含量较低，而黄单胞菌科（Xanthomonadaceae）、鞘氨醇杆菌科（Sphingobacteriaceae）和黄杆菌科（Flavobacteriaceae）占主导；成虫阶段芽孢杆菌科数量也较低，而莫拉克斯菌科（Moraxellaceae）、丹毒丝菌科（Erysipelotrichaceae）和普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）更为丰富。
- 不同发育阶段功能途径预测：通过对三化螟发育阶段预测宏基因组中的功能直系同源物分析，发现细菌群落涉及代谢途径、次生代谢物生物合成、能量代谢、信号转导和细胞过程等多个功能类别 。例如，细菌内共生体参与膜运输、信号转导和转录等过程。
研究人员在讨论部分指出，他们的研究首次全面报道了三化螟各发育阶段细菌种群的 Illumina 测序和注释 。与其他鳞翅目昆虫研究对比，发现三化螟肠道共生细菌与宿主的共同进化受饮食和行为特征影响。不同发育阶段微生物组成的显著变化，对三化螟的代谢过程、生态角色以及与水稻的相互作用都有着重要影响 。比如在卵阶段，特定细菌家族有助于早期微生物群落的定植和营养获取；成虫阶段微生物组成的变化则与繁殖和能量储存的代谢需求增加有关。
总的来说，这项研究意义重大。它揭示了三化螟不同发育阶段细菌群落的显著变化，明确了一些关键细菌家族和属在营养循环、解毒、免疫调节和能量代谢等方面的重要作用。基于这些发现，未来可以通过调控这些微生物群落，开发出更可持续的害虫防治策略，为水稻作物保护和综合害虫管理提供有力支持，有望帮助稻农们减少三化螟带来的损失，守护稻田的丰收。
