澳大利亚蝗虫病原微生物组分析揭示沙雷氏菌介导的种群抑制机制

研究人员针对蝗灾预测模型与实际种群动态不符的现象，通过整合宏条形码测序（metabarcoding）、微生物分离和基因组分析等技术，发现沙雷氏菌（Serratia marcescens）复合体的昆虫致病性及其金属螯合生物合成基因簇等毒力因子，揭示了微生物驱动蝗虫种群自然抑制的生态机制，为蝗灾防控提供了新视角。

　　

蝗灾一直是全球农业面临的重大威胁，尽管监测和预报技术不断进步，但蝗虫种群暴发的复杂生态驱动因素仍难以完全解析。其中，蝗虫微生物组作为关键调控组分长期被忽视。2020-2022年澳大利亚雨季期间，预报模型预测澳大利亚瘟疫蝗虫（Chortoicetes terminifera）将大规模暴发，但实地监测却显示种群异常抑制。这一矛盾现象暗示可能存在未被发现的微生物致病因子。

澳大利亚农业、渔业和林业部下属研究机构的研究人员为此展开调查。他们采用跨学科诊断框架，对昆士兰和新南威尔士州不同地理种群的蝗虫进行微生物组分析，结合病原分离和基因组挖掘，最终锁定沙雷氏菌（Serratia marcescens）为关键致病菌。该成果发表于《Journal of Invertebrate Pathology》，揭示了环境微生物调控害虫种群的新机制。

研究团队运用三项核心技术：一是基于16S和ITS测序的宏条形码分析，筛选差异微生物；二是通过离体培养分离候选菌株并进行全基因组测序，解析其毒力基因（如脲酶介导的细胞毒性通路）；三是设计饲喂实验验证昆虫致病性。样本来源于澳大利亚蝗虫委员会（APLC）提供的野外种群，包括表现异常死亡的个体。

主要研究结果

1. 澳大利亚瘟疫蝗虫采集与DNA分离：对比昆士兰（未抑制种群）和新南威尔士（抑制种群）的蝗虫样本，发现后者微生物组中沙雷氏菌显著富集。
2. 病原微生物组宏条形码分析：细菌16S数据指向沙雷氏菌复合体，而真菌ITS测序未发现显著关联病原。
3. 沙雷氏菌分离与基因组特征：分离株携带金属螯合生物合成基因簇和脲酶基因，暗示其通过破坏昆虫中肠pH平衡和营养竞争实现致病。
4. 致病性实验：饲喂感染实验证实该菌可导致蝗虫死亡率显著升高（p<0.05）。
5. 野外种群筛查：沙雷氏菌分布呈现空间异质性，提示其传播可能受温湿度等环境因素调控。

结论与意义
研究首次证实沙雷氏菌在自然条件下可显著抑制蝗虫种群，其作用机制涉及多重毒力因子协同。尽管该菌因潜在人类致病性无法直接用作生物防治剂，但揭示了微生物-环境-宿主互作在害虫管理中的重要性。未来可通过调控田间微环境（如湿度）促进此类天然病原的生态控害功能，减少化学农药依赖。该研究为理解昆虫种群波动提供了微生物维度的新范式，也为开发基于生态调控的可持续治蝗策略奠定理论基础。