单属羽虱中揭示沃尔巴克氏体三超群共存的基因组互作机制及其进化意义

本研究通过基因组解析宏基因组学(genome-resolved metagenomics)技术，首次在羽虱属Penenirmus中系统解析了沃尔巴克氏体(Wolbachia)的多样性及其与宿主的协同进化关系。研究发现该属虱子同时携带B、F、V三个超群(supergroup)的沃尔巴克氏体，其中F和B超群表现出基因组缩小、长期共进化等互惠共生特征，而新发现的V超群拓展了该菌在虱类宿主中的分布认知。研究为理解昆虫-内共生菌从寄生到互作的演化连续体提供了重要案例，成果发表于《Molecular Phylogenetics and Evolution》。

　　

在昆虫与微生物的共生关系中，沃尔巴克氏体(Wolbachia)展现出了令人着迷的双面性——它既能作为生殖寄生虫操纵宿主繁殖，又能转变为不可或缺的营养供给者。这种神奇的转化如何发生？哪些因素决定了共生关系的走向？这些问题的答案深藏在宿主与微生物协同进化的历史中。羽毛虱Penenirmus为破解这一谜题提供了独特模型：它们以缺乏营养的羽毛为食，必然依赖内共生菌的营养补给，而此前研究仅零星报道过虱类携带沃尔巴克氏体。

美国伊利诺伊大学的研究团队采用基因组解析宏基因组学技术，对41个Penenirmus虱样本进行深度测序分析。通过MinYS参考基因组引导组装和metaWRAP^{de novo}
组装双管齐下，成功构建了12个高质量沃尔巴克氏体基因组。基于100多个管家基因的 phylogenomic分析首次揭示：这些虱子竟同时携带B、F、V三个超群的沃尔巴克氏体，其中V超群为虱类宿主中的首次发现。更令人惊讶的是，F和B超群菌株展现出典型互惠共生特征——基因组显著缩小（反映基因丢失）、系统发育树与宿主高度吻合（cophylogenetic congruence）、以及异常长的进化分支（暗示加速进化）。这些发现为理解沃尔巴克氏体从寄生虫到互惠者的转化提供了鲜活例证。

关键技术方法包括：1)基于Illumina NovaSeq 6000的全基因组测序；2)MinYS参考引导组装与metaWRAP^{de novo}
组装相结合的基因组重建策略；3)基于100+核心基因的多位点系统发育分析；4)宿主-共生菌协同进化检验。样本来源于寄生在啄木鸟(Piciformes)和鸣禽(Passeriformes)上的Penenirmus属虱子。

【结果】
Sequencing：研究利用已发表的41个Penenirmus和3个Turnicola虱的全基因组数据，通过宏基因组挖掘获得共生菌序列。

Genome-resolved metagenomics：双组装策略显著提高检测灵敏度，metaWRAP组装获得更高完整度的沃尔巴克氏体基因组。样本按"虱种-宿主鸟种-组装编号"体系命名，如Penenirmus jungens ex Colaptes auratus MWb3。

Results：12个阳性样本分属三大超群：F超群（已知存在于床虱等互惠系统）、B超群（常见于生殖寄生系统）、以及全新的V超群。F和B超群菌株呈现基因组缩小（1.1-1.3 Mb）和长分支特征，与宿主系统树显著匹配。

Discussion：三大超群的共存暗示Penenirmus虱可能多次独立获得沃尔巴克氏体。F和B超群表现出的互惠特征（基因组缩减、共进化信号）与bedbug-Wolbachia互作系统相似，支持"长期共生驱动基因组简化"的理论。而V超群的发现拓展了该菌的宿主范围认知，其功能特性有待进一步研究。

这项研究通过高分辨率基因组分析，首次描绘了羽虱中沃尔巴克氏体的超群多样性图谱，为理解内共生关系的演化提供了三点关键启示：1)同一宿主类群可维持多种沃尔巴克氏体共生模式；2)基因组缩减和共进化信号可作为鉴别互惠关系的分子标记；3)虱类-沃尔巴克氏体系统为研究共生关系转化提供了新的模式体系。这些发现不仅丰富了微生物-昆虫互作的理论框架，也为开发基于共生菌的害虫防控策略提供了新思路。