昆虫病原线虫共生菌群的协同增效作用：揭示Steinernema monticolum KHA701杀虫效力的微生物组学机制

本研究通过分离新型昆虫病原线虫(EPN) Steinernema monticolum KHA701，首次揭示其携带34种共生细菌的复杂微生物组，其中Elizabethkingia miricola等5种病原菌与经典共生菌Xenorhabdus hominickii协同显著增强杀虫活性。该发现突破了传统"单菌共生"认知，为开发基于微生物组调控的"可编程生物农药"提供理论依据，发表于《Scientific Reports》。

　　

在农业害虫防治领域，化学农药的生态风险日益凸显，而传统生物防治剂昆虫病原线虫(EPN)存在宿主范围窄、杀虫效率低等瓶颈。长期以来，学界认为EPN与特定共生菌（如Steinernema属线虫携带Xenorhabdus细菌）呈严格的一对一互惠关系，这种"单菌共生"范式限制了其应用潜力。近年研究发现EPN可能携带更复杂的微生物群落，但这些额外共生菌的功能及其与线虫的互作机制仍是未解之谜。

为解决这一科学问题，中部大学环境生物学系的研究团队从日本岐阜县森林土壤中分离获得新型线虫Steinernema monticolum KHA701。通过比较实验发现，该菌株对蜡螟(Galleria mellonella)幼虫的致死速度显著快于对照菌株Heterorhabditis bacteriophora TT01，且能感染18目41科的63种节肢动物，展现出惊人的广谱杀虫特性。

研究采用多组学技术揭示了其独特优势的分子基础：通过16S rRNA V4区测序发现感染期幼虫体内存在34种共生细菌，其中Elizabethkingia miricola（占比30%）、Pseudomonas protegens（22%）等非经典共生菌与Xenorhabdus hominickii（5%）共存。创新性地建立单菌共生培养体系后，研究人员通过White trap法构建五组双菌组合，发现X. hominickii与任何其他四种病原菌（E. miricola、Serratia marcescens、P. protegens、Staphylococcus sp.）联用均能显著提升杀虫效率——接种100条携带双菌的线虫时，蜡螟7天死亡率从75%（单菌对照）提升至100%（χ²=28.3, P<0.001）。

关键实验技术包括：1）改良White trap法分离线虫感染期幼虫；2）SDS表面处理结合培养法鉴定内共生菌；3）16S rRNA扩增子测序分析微生物组；4）单菌共生培养体系构建；5）昆虫血腔注射法测定细菌致病性。

研究结果部分：
高致病性与广谱宿主范围
剂量实验显示S. monticolum KHA701接种100条线虫时，24小时内即出现杀虫效果，显著快于对照菌株（P<0.05）。野外采集的15种节肢动物感染实验证实其跨目杀虫能力。

微生物组多样性特征
宏条形码分析显示共生菌群以变形菌门（Proteobacteria）为主（60%），共鉴定82个菌种。培养法则从线虫体内分离出E. miricola等9个优势菌属，在感染不同阶段的昆虫尸体中菌群组成动态变化。

共生菌的独立致病机制
血腔注射实验证明，5种筛选菌对Zophobas morio和Periplaneta fuliginosa均具强致死性，其中E. miricola注射1天内可100%杀死蟑螂（P<0.001），其毒力远超X. hominickii。

协同增效效应验证
双菌组合实验表明，X. hominickii与其他病原菌存在显著协同效应。例如X. hominickii+S. marcescens组合的杀虫曲线与单菌组存在统计学差异（χ²=18.0），且从死亡虫体中成功回收了注入的工程菌株。

这项研究颠覆了EPN-细菌互作的经典理论，证明S. monticolum通过"微生物组工程"策略整合多种病原菌功能，从而获得广谱杀虫能力。特别值得注意的是，传统认为Xenorhabdus产生的抗菌物质会排斥其他细菌，但本研究发现E. miricola等菌株能与之稳定共存，暗示这些菌株可能进化出抗拮抗机制。该成果为设计新型复合生物农药提供了方向——通过人工组合特定菌株可精准调控杀虫谱，这对解决化学农药抗性、保护生态安全具有重要应用价值。文末作者提出"可编程生物农药"概念，强调通过理性设计微生物群落来优化生防效果的巨大潜力。