先排斥后招募：黑水虻幼虫肠道中共生体招募与木质纤维素降解的独特机制

《Microbiome》：Dismissing-then-recruiting: a unique mechanism for symbiont recruitment and lignocellulose degradation in gut of black soldier fly larvae

　　

摘要

背景

尽管黑水虻幼虫（Hermetia illucens L.，简称BSFL）缺乏内源性纤维素分解酶，但它们仍能高效降解木质纤维素废弃物，这表明它们严重依赖肠道内的微生物群。然而，BSFL如何与肠道内能够降解木质纤维素的共生菌的富集和空间分布相关联，目前仍知之甚少。

结果

我们发现，BSFL通过针对肠道不同区域的免疫调节机制建立了具有空间结构的微生物组。无菌处理的幼虫几乎无法降解木质纤维素，而与微生物群共生的幼虫则能降解约33.3%的木质纤维素，从而证实了它们对微生物的依赖性。抗菌肽（如cecropin和defensin）在前段肠道中高度表达，形成了选择性的屏障。相比之下，后段肠道中的肽聚糖识别蛋白（PGRP-LB、PGRP-SC）的免疫活性较低。同时，与宿主糖基化相关的基因（C1galt1、GlcAT-P、FUT8/11）在后段肠道中显著上调（表达量增加了17–19倍，p值<0.01），表明该区域的这些基因表达量是前段的4–5倍。后段肠道还富含能够产生糖苷水解酶的共生菌，包括半乳糖苷酶、岩藻糖苷酶和甘露糖苷酶，这表明上调的糖链生物合成可能为具有相应碳水化合物利用能力的微生物提供了持续的营养来源。这种免疫与代谢的区室化协调机制，可能与调节免疫耐受性和促进共生菌招募的保守策略一致。

结论

综上所述，我们的研究揭示了BSFL在微生物组构建过程中采用了一种“先排斥后招募”的策略，这种策略有助于形成高效的木质纤维素生物转化所需的共生菌群落，从而为可持续废物管理提供了新的原理。

视频摘要

背景

尽管黑水虻幼虫（Hermetia illucens L.，简称BSFL）缺乏内源性纤维素分解酶，但它们仍能高效降解木质纤维素废弃物，这表明它们严重依赖肠道内的微生物群。然而，BSFL如何与肠道内能够降解木质纤维素的共生菌的富集和空间分布相关联，目前仍知之甚少。

结果

我们发现，BSFL通过针对肠道不同区域的免疫调节机制建立了具有空间结构的微生物组。无菌处理的幼虫几乎无法降解木质纤维素，而与微生物群共生的幼虫则能降解约33.3%的木质纤维素，从而证实了它们对微生物的依赖性。抗菌肽（如cecropin和defensin）在前段肠道中高度表达，形成了选择性的屏障。相比之下，后段肠道中的肽聚糖识别蛋白（PGRP-LB、PGRP-SC）的免疫活性较低。同时，与宿主糖基化相关的基因（C1galt1、GlcAT-P、FUT8/11）在后段肠道中显著上调（表达量增加了17–19倍，p值<0.01），表明该区域的这些基因表达量是前段的4–5倍。后段肠道还富含能够产生糖苷水解酶的共生菌，包括半乳糖苷酶、岩藻糖苷酶和甘露糖苷酶，这表明上调的糖链生物合成可能为具有相应碳水化合物利用能力的微生物提供了持续的营养来源。这种免疫与代谢的区室化协调机制，可能与调节免疫耐受性和促进共生菌招募的保守策略一致。

结论

综上所述，我们的研究揭示了BSFL在微生物组构建过程中采用了一种“先排斥后招募”的策略，这种策略有助于形成高效的木质纤维素生物转化所需的共生菌群落，从而为可持续废物管理提供了新的原理。

视频摘要