《Ecological Entomology》:Maternal factors from a parasitoid wasp mediate hyperparasitoid attraction to parasitized caterpillars
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当寄生蜂如Cotesia glomerata寄生寄主caterpillars时,不仅产卵,还注入共生毒液与多DNA病毒(PDV,此处为CgPDV)以抑制寄主免疫从而提高后代存活率。寄生同时诱导caterpillars发生可被重寄生蜂利用来定位寄生蜂幼虫的变化,
当寄生蜂如Cotesia glomerata寄生寄主caterpillars时,不仅产卵,还注入共生毒液与多DNA病毒(PDV,此处为CgPDV)以抑制寄主免疫从而提高后代存活率。寄生同时诱导caterpillars发生可被重寄生蜂利用来定位寄生蜂幼虫的变化,但诱导这些变化的是CgPDV、毒液还是二者共同作用仍不清楚。研究人员通过选择与非选择实验,量化了重寄生蜂Baryscapus galactopus对注射CgPDV和/或毒液的Pieris brassicae caterpillars的反应,并与注射磷酸盐缓冲盐水(PBS)的未寄生caterpillars及自然寄生caterpillars比较。研究发现B. galactopus偏好单独注射CgPDV或与毒液联用的caterpillars甚于PBS处理者;单独注射毒液不增加吸引力;自然寄生caterpillars吸引力强于任一注射处理,表明除PDV与毒液外还有其他因子参与。近距离寄主搜寻行为(首次接触时间、接触时长)不受CgPDV或毒液影响。结果表明寄生蜂相关PDV参与了寄生诱导的caterpillar表型改变而被重寄生蜂利用,毒液仅在与PDV联用时起作用;完全解释自然寄生吸引需额外线索。该研究证明专性共生体可通过间接增加寄主对高营养级脆弱性来介导多级营养互作。
研究背景与立项依据
在昆虫多级营养系统中,内寄生蜂(endoparasitoid)产卵时同步注入卵、共生毒液及多DNA病毒(polydnavirus,PDV)以压制寄主免疫并重塑生理代谢,保障后代存活。PDV作为稳定整合于寄生蜂基因组的双链DNA病毒,在雌蜂卵巢萼区复制并垂直传播,注入寄主后表达毒力基因改变其发育与防御。上述寄生诱导的寄主表型变化可被重寄生蜂(hyperparasitoid,即寄生蜂的天敌)远距离(借助 herbivore-induced plant volatiles,HIPVs)与近距离(借助体臭、表皮碳氢化合物等)利用以定位隐蔽于植食者体内的寄生蜂幼虫。已有研究提示PDV与毒液可调控HIPVs组成,但二者是否及如何塑造caterpillar近距离化学线索仍未知。此前同系统工作发现CgPDV与毒液注射会改变P. brassicae唾液腺细菌群落,暗示微生物衍生挥发物(mVOCs)可能参与,但机制未明。鉴于重寄生显著反馈于生物防治与食物网结构,厘清PDV、毒液各自对近距离寄主定位的贡献成为必要。
研究人员以荷兰瓦赫宁根田间系统为材料,选取P. brassicae为植食者、C. glomerata为初寄生蜂、Baryscapus galactopus为真重寄生蜂,设五组处理:PBS阴性对照、自然寄生阳性对照、单独CgPDV、单独毒液、CgPDV+毒液联用。通过双室嗅觉仪选择实验与单皿非选择近距离行为观察,分析重寄生蜂定位偏好与接触后行为,并用二项广义线性模型与Bradley–Terry全局排序、Kruskal–Wallis检验进行统计。
主要技术方法概括
研究样本均源自瓦赫宁根大学周边试验田持续饲养的种群:P. brassicae饲于Brassica oleracea苗,C. glomerata与B. galactopus于气候室继代培养,重寄生蜂每年补入野生个体以维持遗传多样。从C. glomerata雌蜂分离卵巢萼液(含CgPDV颗粒)与毒腺,机械破碎离心获上清,以FemtoJet微注射约50 nL(相当于0.05蜂当量)入三龄前期caterpillar头胸节间膜,七至十天后取五龄个体供试。选择实验采用遮光双室嗅觉仪释放5头处女交配雌蜂1小时记录分室数;非选择实验于Petri皿系统记录首触时间、接触时长、产卵准备与产卵时长。统计在R中以二项GLM替代奇异拟合GLMM,全局偏好用BradleyTerry2包估计,非正态行为参数用Kruskal–Wallis秩和检验。
研究结果
Effects of CgPDV and venom on the attractiveness of caterpillars to the hyperparasitoid B. galactopus (choice assays)
双室嗅觉仪全因子配对显示:单独毒液vs PBS无偏好(χ2?=0.80,p=0.372);单独CgPDV吸引力显著高于PBS(χ2?=11.08,p=0.001);CgPDV+毒液亦显著高(χ2?=22.55,p<0.001);自然寄生最强(χ2?=65.35,p<0.001)。自然寄生强于单独毒液、单独CgPDV及联用处理(各p<0.001)。单独毒液与单独CgPDV无差(p=0.654);联用优于单独毒液(p=0.005)但不优于单独CgPDV(p=0.249)。Bradley–Terry全局排序为自然寄生>联用>CgPDV>毒液>PBS,自然寄生较其他各组均显著,联用仅略优于CgPDV。
Response by B. galactopus to close-range cues from caterpillars of different treatments (non-choice assay)
非选择实验中,首触时间(χ2=6.50,p=0.160)与总接触时间(χ2=4.79,p=0.310)在五组间无差异,产卵频次、准备时长、产卵时长及时间分配亦无处理效应。表明PDV/毒液只调远距离嗅觉吸引,不改接触后宿主处理与产卵决策。
讨论与结论翻译
本研究证明初寄生蜂C. glomerata共生因子对真重寄生蜂B. galactopus近距离寄主定位有差异效应:CgPDV单独或与毒液联用可增强caterpillar吸引,单独毒液无效,自然寄生最强且超所有注射处理,说明PDV参与寄生诱导线索但自然寄生还需寄生蜂幼虫、母源微生物、teratocytes等附加因子。PDV可能经宿主代谢直改挥发性或经微生物群偏移间接改mVOCs,毒液效应短暂且不持久化为体臭线索。接触后行为无差支持“顺序线索利用”假说:挥发物引路、触觉/机械感知识别寄主。生态上,PDV作为专性共生体间接增寄主对高营养级暴露,是寄生生理重塑的负向副产物,拓展了对共生体扩展表型(hologenome)跨营养级效应的认识。研究人员指出后续需用GC–MS联用转录组/微生物组解析CgPDV诱导挥发物谱以确证机制。
论文发表于《Ecological Entomology》。