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综述:飞虱中垂直共生体传播的模式与策略:永远的共生
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月20日 来源:Developmental Biology 2.5
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这篇综述系统阐述了飞虱(Fulgoromorpha)与细菌共生体的垂直传播机制,聚焦古老共生体(如Sulcia和Vidania)的保守传播模式与近期获得性共生体(如Sodalis和Acetobacteraceae)的多样化策略,揭示了长期垂直传播对共生体基因组简化(如基因丢失)和宿主免疫适应的进化影响,为昆虫-微生物互作研究提供了重要理论框架。
昆虫与微生物的共生关系是进化生物学研究的经典范例。在飞虱(Fulgoromorpha)这类以植物汁液为食的昆虫中,细菌共生体通过垂直传播(vertical transmission)代代相传,弥补宿主营养缺陷。这种始于2.63亿年前的共生关系,塑造了飞虱独特的生存策略。
飞虱的共生系统以古老共生体Sulcia和Vidania为核心,两者分别负责必需氨基酸和维生素的合成。近期研究发现,部分飞虱类群还获得了Sodalis、Acetobacteraceae等次生共生体,形成多层次的营养互补网络。有趣的是,兼性共生体如Wolbachia和Rickettsia虽不参与营养供给,却可能通过调控宿主生殖(如细胞质不亲和)影响种群动态。
飞虱卵巢由端丝(terminal filament)、生殖区(germarium)和卵黄区(vitellarium)组成。共生体通过特化的"共生体球"(symbiont ball)结构聚集在卵母细胞前端,其大小直接反映共生系统的复杂性。例如,Sulcia通常形成直径5-10 μm的致密球体,而多共生体系统中球体可达20 μm以上,暗示功能分工的细化。
长期严格的垂直传播导致共生体基因组显著退化。Sulcia的基因组仅保留<200个蛋白质编码基因,丢失了多数DNA修复和代谢通路基因。这种"基因熔炉"现象(genome erosion)迫使宿主通过分子伴侣(chaperone)蛋白协助共生体折叠错误蛋白,形成罕见的跨物种蛋白质稳态网络。
飞虱共生体研究仍存在关键空白:1)次生共生体如何突破宿主免疫屏障定植;2)不同传播策略(如同时存在垂直和水平传播)的分子开关;3)共生体基因组简化下限的预测模型。解答这些问题将深化对共生系统稳定性的理解,并为农业害虫防控提供新思路。
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