柬埔寨洞里萨湖热带洪泛区水稻相关叶蝉（Cicadellidae）共生微生物多样性及其生态功能解析

《Microbial Ecology》：Symbiont Diversity of Rice-Associated Leafhoppers (Cicadellidae) in the Tropical Floodplains of the Tonle Sap Lake, Cambodia

语 本研究针对东南亚重要水稻害虫——叶蝉的共生微生物群落展开系统解析。通过16S rRNA高通量测序技术，揭示了17种水稻叶蝉中初级内共生菌Candidatus Karelsulcia muelleri的绝对优势地位，以及次级共生菌（如Wolbachia、Diplorickettsia）的物种特异性分布。研究发现地理因素对微生物组成影响有限，但性别关联差异在主要害虫Nephotettix virescens中显著，雌性个体富集营养合成相关共生菌。该研究为理解昆虫-微生物互作机制及农业害虫生态防控提供了新视角。

　　

在东南亚的稻田中，一群看似微小却影响巨大的昆虫——叶蝉（Cicadellidae），正悄然成为水稻产量的隐形威胁。它们不仅直接吸食水稻汁液，更是植物病原体（如水稻东格鲁病毒和植原体）的关键传播媒介。尤其在柬埔寨洞里萨湖（Tonle Sap Lake）周边的洪泛区，水稻种植是数百万人的生计支柱，而叶蝉的暴发常导致严重的经济损失。尽管前人研究多聚焦于叶蝉的种群动态或病原传播机制，但其体内共生微生物的多样性、分布规律及生态功能仍如一片迷雾。这些共生菌如何影响叶蝉的适应性？是否会间接加剧病害传播？解答这些问题，对开发基于微生物组的绿色防控策略至关重要。

为此，Sophany Phauk团队在《Microbial Ecology》发表研究，首次系统揭示了洞里萨湖地区17种水稻相关叶蝉的共生微生物群落结构。研究通过跨季节采样，结合形态学与分子鉴定（COI基因条形码），确保宿主物种准确性；利用16S rRNA基因V3-V4区高通量测序（Illumina MiSeq平台）和生物信息学流程（DADA2、SILVA数据库注释），解析了126份样本的微生物组成；进一步通过多样性分析（α/β多样性）、随机森林模型和功能预测（PICRUSt2），探讨了宿主物种、地理分布（磅同省vs马德里省）及性别因素对微生物群落的影响。

微生物组成与宿主特异性

研究共鉴定出98个细菌ASV（扩增子序列变异），优势菌门为拟杆菌门（Bacteroidota，69.48%）和变形菌门（Proteobacteria，30.18%）。所有叶蝉均携带初级内共生菌Candidatus Karelsulcia muelleri（平均相对丰度69.47%），其在6种Deltocephalinae叶蝉中为单一绝对优势菌（>99%）。co-obligate（共 obligate）共生菌Ca. Nasuia deltocephalinicola仅存在于Exitianus indicus、Nephotettix nigropictus、N. virescens等部分物种中，而次级共生菌如Sodalis、Wolbachia、Diplorickettsia等呈现显著宿主特异性分布。例如，Sodalis与Cofana spectra特异性关联，Wolbachia在Balclutha sp.和Stirellus sp2.中富集，Rickettsia仅见于C. spectra。热图与宿主系统发育分析进一步证实，微生物群落结构主要受宿主物种驱动（PERMANOVA，R²=0.87），而非地理距离。

地理与性别因素的影响

对比磅同省和马德里省8种叶蝉的微生物群落，发现地理差异仅解释0.7%的变异（PERMANOVA），且除Stirellus sp2.外，α多样性无显著区别。然而，在主要害虫Nephotettix virescens中，性别成为关键影响因素：雌性个体富集Karelsulcia（38.56%）和Nasuia（32.07%），而雄性更易携带Diplorickettsia（26.10%）和Wolbachia。随机森林模型识别出Karelsulcia（ASV_13）和两种Diplorickettsia变体为性别差异核心贡献者。功能预测显示，雌性个体中氨基酸代谢（如苯丙氨酸、酪氨酸合成）通路显著增强，暗示共生菌可能辅助生殖相关的营养供给。

结论与展望

本研究首次绘制了柬埔寨水稻叶蝉的共生微生物图谱，揭示Karelsulcia的核心地位及次级共生菌的生态位分化。宿主物种是微生物群落构建的主控因素，而性别特异性差异提示共生菌可能参与叶蝉生殖适应性调控。尽管地理效应微弱，但Wolbachia等菌的局地分布暗示环境因素可能通过影响特定共生菌间接调控宿主种群。这些发现为理解农业生态系统中昆虫-微生物互作提供了新范式，后续研究需结合宏基因组学与功能性实验，深入解析共生菌在叶蝉抗逆性、病原传播中的作用，为开发微生物靶向的害虫治理策略奠定基础。