地中海实蝇肠道微生物定植影响因素及全长 16S rRNA 测序应用研究

本研究聚焦地中海实蝇（Ceratitis capitata），探讨宿主年龄和饮食接种方式对其肠道微生物定植的影响。发现液体饲料接种可有效促进目标菌株定殖，且与年龄无关。全长 16S rRNA 测序揭示菌株水平多样性，为解析昆虫 - 微生物互作提供新视角。

　　

昆虫肠道微生物与其健康及环境互作密切相关。实验室和大规模饲养昆虫的肠道微生物组在组成和功能上与野生同种昆虫存在差异，这种差异会影响地中海实蝇（Ceratitis capitata）雄蝇的表现和行为，因此了解影响细菌在宿主体内定植能力的因素至关重要。本研究旨在评估宿主年龄和饮食接种方式对实验室和大规模饲养地中海实蝇肠道细菌定植的影响。

研究使用了一种具有抗生素抗性的肠杆菌（Enterobacter）菌株，并结合 PacBio Kinnex 全长 16S rRNA 测序技术，追踪特定菌株在不同成虫饮食条件下的定植情况，同时选用了两个长期饲养的地中海实蝇品系。

结果表明，饮食与年龄之间存在强烈的交互作用。无论年龄大小，当通过液体饲料接种时，在地中海实蝇体内均检测到目标细菌分离株，而通过基于浆状饲料和单独水源接种的个体中，目标细菌的定植较少，且该结果在研究中使用的两个果蝇饲养品系中一致。16S rRNA 测序证实了特定菌株的定植，同时揭示了与果蝇相关的肠杆菌序列在物种 / 菌株水平上的一些变异。此外，研究表明，长读长 16S rRNA 测序可能有助于更好地表征昆虫中肠杆菌科的物种和菌株水平分布。

进一步分析发现，在 USDA ARS PBARC 地中海实蝇群体中，饮食和果蝇年龄对肠杆菌的定植有显著影响。液体饲料接种时，不同年龄组之间的定植成功率无差异，而浆状饲料接种时，老年果蝇的定植明显少于新羽化果蝇。非度量多维尺度分析显示，饮食、是否接种肠杆菌以及年龄对扩增子序列变体（ASV）组成有强烈的交互作用。新羽化果蝇，无论是否接种目标肠杆菌 CC2903LS21，其肠道均以 RDP 数据库分类为肠杆菌的序列为主，而老年浆状饲料喂养的果蝇肠道微生物多样性更高。

在对加州农业部（CDFA）大规模饲养的地中海实蝇的研究中，新羽化果蝇通过液体饲料接种的抗性菌落发生率和滴度显著高于浆状饲料接种。全长 16S rRNA 测序支持不同接种方式的结果，液体肠杆菌接种组在二维空间中与其他组分离明显。分类学分析显示，所有样本中分类为肠杆菌的序列相对丰度较高，液体饲料喂养的果蝇中与肠杆菌 CC2903LS21 相关的 ASV 相对丰度显著高于浆状饲料喂养的果蝇。

通过比较不同来源果蝇中分类为肠杆菌的序列，发现 ASV 分布不同，提示不同果蝇来源可能存在不同菌株。提取 V4 和 V3-V4 短片段分析时，这种信号明显减少，表明全长 16S rRNA 测序在揭示菌株水平多样性方面具有优势。

本研究为大规模饲养地中海实蝇的肠道微生物调控提供了新途径，液体饲料配方可用于操纵其肠道微生物群。全长 16S rRNA 宏条形码测序揭示了其他方法不易发现的菌株水平多样性，在成本相近的情况下，全长 16S rRNA 方法对某些分类群的分析有显著改进，为探索地中海实蝇与微生物组的相互作用提供了新方向。