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为探究小蠹（Ips）肠道与非肠道微生物群落结构等问题，研究人员开展相关研究，揭示了群落差异及驱动因素，助力理解共生关系
小蠹（Ips）是北半球对针叶林极具破坏力的害虫，它们与微生物的共生关系对其生存和繁衍至关重要。微生物能帮助小蠹消化食物、解毒以及适应环境，然而目前对于小蠹肠道和非肠道微生物群落的组装机制以及关键微生物的功能，人们了解得还十分有限。以往虽有对小蠹微生物多样性的研究，但缺乏对中国小蠹肠道和非肠道微生物群落结构的直接比较，且微生物群落组装的相对重要性也不明确，这严重阻碍了人们对小蠹与微生物共生机制的深入理解。
为了填补这些知识空白，中国林业科学研究院森林保护研究所（1Key Laboratory of Forest Protection of National Forestry and Grassland Administration, Chinese Academy of Forestry, Ecology and Nature Conservation Institute, Beijing 100091, China）等单位的研究人员，以中国五种具有代表性的小蠹为研究对象，运用宏基因组学方法，深入探究了其肠道和非肠道微生物群落的结构、功能以及组装过程。该研究成果发表在《Scientific Reports》上。
在研究过程中，研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先是样本采集与处理，从 2020 年 7 月至 2022 年 9 月，在五个不同地点采集了五种小蠹，将其分为肠道和非肠道样本保存；接着进行 DNA 提取、测序、组装和注释，对样本 DNA 提取后进行测序，经一系列处理获得高质量数据并上传；随后进行群落组成、多样性等分析，通过多种分析方法研究微生物群落的组成、多样性以及它们之间的相互作用和组装过程；最后对功能基因和酶进行分析，注释与特定功能相关的基因和酶。
下面来看具体的研究结果：
- 测序及群落组成比较：通过对肠道和非肠道样本测序，发现测序深度充足。在微生物群落组成方面，肠道样本中微孢子虫（Microsporidia）相对丰度较高，非肠道样本中子囊菌门（Ascomycota）、毛霉门（Mucoromycota）等相对丰度略高。肠道样本中变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）等细菌相对丰度更高。不同小蠹的肠道和非肠道样本中，微生物群落多样性存在差异，且群落结构与寄主树木、栖息地等有关。
- 微生物相互作用及群落组装过程：网络分析表明，肠道和非肠道微生物间存在互利共生关系，且肠道微生物的连接性更强。在群落组装过程中，随机过程（如均质扩散（HD）和未主导过程（UP））是肠道核心微生物群落组装的主要驱动力，而异质选择（HS）则在非肠道微生物群落组装中起主要作用。
- 功能基因注释及相关酶分析：对真菌和细菌群落的功能基因注释发现，在细胞生长死亡过程中，真菌单基因数量较多；在异生物质降解代谢过程中，细菌单基因更丰富。参与类固醇生物合成和氧化磷酸化的基因和酶主要存在于非肠道真菌样本中；参与萜类、酚类和多糖降解的基因和酶主要与肠道细菌样本相关。在降解复杂化合物方面，研究还确定了多种相关酶和基因，如参与萜烯降解的酶、与酚类化合物降解有关的酶以及参与多糖降解的多种酶。
研究结论和讨论部分指出，本研究揭示了小蠹肠道和非肠道微生物群落结构受寄主、寄主树木和栖息地的显著影响。肠道微生物间的互利共生关系更为紧密，肠道核心微生物群落组装主要由 HD 和 UP 驱动，非肠道则主要由 HS 驱动。酿酒酵母目（Saccharomycetales）和长喙壳菌目（Ophiostomatoid）真菌可能是应对营养缺乏的重要非肠道真菌群落；欧文氏菌属（Erwinia）、不动杆菌属（Acinetobacter）等可能是帮助小蠹降解防御化合物、在恶劣环境中生存的关键肠道细菌类群。
该研究为理解小蠹与微生物的共生关系提供了重要依据，有助于深入认识昆虫 - 微生物的共同进化，也为害虫防治提供了新的策略和思路，具有重要的理论和实践意义。
