步甲肠道微生物组揭示农业管理对土壤健康指示物种的生态影响：从核心菌群到功能预测

本研究针对农业生态系统中关键捕食者步甲Poecius的肠道微生物组开展多组学分析，通过16S rRNA测序和qPCR技术揭示了有机与常规农田中步甲核心菌群（Gilliamella/Weissella/Enterobacter）的组成差异，首次报道Carnobacterium在昆虫宿主的定植及Nosema ceranae在步甲科的跨种传播，发现常规农田个体呈现微生物多样性降低和功能失调特征，为利用步甲作为土壤健康生物指示器提供了微生物组层面的科学依据。

　　

在可持续农业发展的背景下，土壤生态系统的健康监测亟需可靠的生物指示物种。作为农田生态系统中的重要捕食者，步甲科（Carabidae）昆虫通过捕食害虫和参与有机质分解维持生态平衡。然而，现代农业管理措施特别是农药使用，可能通过改变昆虫肠道微生态影响其生态功能。意大利博洛尼亚大学农业食品科学与技术系（DISTAL, University of Bologna）的研究团队在《Microbial Ecology》发表的研究，首次系统揭示了步甲属Poecius肠道微生物组的结构功能特征及其对农业实践的响应。

研究人员采用高通量测序（NGS）和定量PCR（qPCR）技术，对有机与常规管理番茄田中采集的17只Poecius个体进行肠道微生物组分析。通过互信息过滤（MI filter）和核心微生物组定义方法，结合KEGG通路预测，系统评估了微生物群落结构与功能潜力。

研究结果呈现三个关键发现：

核心微生物组特征

通过16S rRNA测序鉴定出17个核心OTUs（操作分类单元），包括普遍存在的Gilliamella apicola（相对丰度29.0%）、Weissella（13.4%）和Enterobacter hormaechei。值得注意的是，首次在昆虫宿主中发现Carnobacterium的存在，该菌表现出显著的氨基酸合成（280分）和蛋白质降解（289分）功能潜力。微生物在门水平上呈现稳定结构，以Pseudomonadota（52.3%）、Bacillota（23.3%）为主导。

农业管理的影响

来自常规农田（CNV）的个体显示极低的α多样性（Shannon指数0.73），其微生物组被Spiroplasma单优势菌株占据（99.1%）。功能预测显示这些个体具有显著降低的代谢潜力（预测评分4.24-3889.43），而有机农田个体维持了更均衡的群落结构（最高评分9672.85）。qPCR证实Nosema ceranae（蜜蜂微孢子虫）在全部样本中存在，拓展了该病原体的已知宿主范围。

功能预测分析

基于KEGG注释的核心菌群功能预测显示，蛋白质降解（最高663分）和氨基酸合成（最高562分）是优势代谢通路。Enterobacter表现出最强的综合功能潜力（3525条通路），其次是Bacillus（2162条）和Enterococcus（1823条）。β多样性分析表明群落组成（而非α多样性）与功能潜力显著相关，如抗生素耐药通路在特定聚类中富集（p<0.005）。

该研究首次绘制了Poecius步甲肠道微生物组图谱，揭示农业管理措施可能通过改变昆虫微生态影响其生态功能。常规农田个体表现出的微生物组简化与功能衰退，提示农药暴露可能导致生态功能失调。发现的核心菌群如具有铜抗性的Enterobacter hormaechei，为开发抗逆微生物标记物提供了候选。研究建立的微生物组-功能预测模型，为土壤健康评估提供了新的生物监测工具。特别值得注意的是Carnobacterium在昆虫宿主的首次报道和Nosema ceranae的宿主扩展现象，这些发现拓展了对昆虫-微生物互作网络的认识边界。

这项研究通过多组学方法将宏观生态问题与微观机制解析相结合，为理解农业管理-昆虫微生物组-生态系统功能的级联效应提供了范例。未来研究可扩大样本规模，结合代谢组学验证预测功能，并探索核心菌群在宿主抗逆性中的具体作用机制。