26个蚂蚁类群头部与腹部（gaster）的细菌群落

《Insects》：Bacterial Communities in the Heads and Gasters of 26 Ant Taxa

　　

与蚂蚁相关的细菌可随宿主身份、食性及身体区域而变动。蜜露富含碳水化合物但含氮营养相对有限，许多蚂蚁将其作为更广食谱中的一组分。研究人员比较了26个蚂蚁类群全头部与全腹部样本中的细菌群落，包括23个蜜露关联类群与3个食性对照。细菌组成在各采样类群间差异显著，身体区域间差异较有限，且23个蜜露关联类群并未共享单一细菌群落模式。腹部细菌群落模式与采样蚂蚁的进化关系显著对应，而头部群落未检出此种对应。特定细菌类群表现出与特定宿主或身体区域相关的分布模式，包括举腹蚁族（Camponotini）蚂蚁腹部中的“Candidatus Blochmannia”以及黄猄蚁（Oecophylla smaragdina）头部中的Fructilactobacillus。这些发现表明蚂蚁关联细菌群落因宿主类群与身体区域而异，并为未来研究这些细菌生态作用提供比较基础。 昆虫关联细菌群落可随宿主食性、系统发育与身体区域变化。研究人员使用16S核糖体RNA（rRNA）基因扩增子测序及基于线粒体基因构建的宿主系统发育树，分析26个蚂蚁类群全头部与全腹部样本（含23个蜜露关联类群与3个食性对照）的细菌群落。假单胞菌门（Pseudomonadota）在大多数采样类群与样本中占优势。Chao1丰富度与Shannon多样性在头部样本中显著高于配对腹部样本，而身体区域间细菌群落结构总体差异显著但幅度小。23个蜜露关联类群未共享统一细菌剖面。腹部细菌群落结构与宿主系统发育显著一致，头部群落未检出显著一致。特定细菌类群表现出与特定宿主或区域相关的模式，包括举腹蚁族腹部中的“Candidatus Blochmannia”与黄猄蚁头部中的Fructilactobacillus。总体而言，细菌群落在宿主类群间差异显著，身体区域间变异较有限，为进一步研究蚂蚁关联细菌提供比较基础。

研究背景方面，蚂蚁（Hymenoptera: Formicidae）是与植物及半翅目蜜露分泌者广泛互作的生态成功类群，蜜露取食是许多蚁群觅食生态的重要组分，但蜜露富糖而缺氮，宿主可能借互补食物与细菌共生体实现氮循环或必需氨基酸合成。已有研究多聚焦单一种类、受限分类群或特定消化段，跨多样分类群且含蜜露取食者的比较数据有限；同时昆虫关联细菌受食性、系统发育、身体区域共同塑造，头部含颊下袋（infrabuccal pocket, IBP）等前置结构，腹部含嗉囊、贲门、中肠与后肠等消化存储结构，功能分化可能导致空间异质性，但全头与全腹的比较框架在多样蚁类中仍不充分。研究人员因此开展一项跨26个蚂蚁类群、每类群头部与腹部配对采样、结合宿主线粒体系统发育的比较微生物组研究，论文发表于《Insects》。该研究意义在于提供蜜露关联蚁类细菌群落多样性的比较基线，并揭示身体区域与宿主进化关系对微生物组成的差异化约束。

关键技术方法上，研究人员于2025年5–11月在中国陕西（杨凌、宁陕、周至）、云南西双版纳及广东广州等多地采集觅食工蚁，26个类群中25种鉴定至种级、1个举腹蚁属（Crematogaster sp.）仅至属级，23个归为蜜露关联、3个为食性对照（收种子蚁Messor aciculatus、捕食性Brachyponera chinensis与Odontomachus monticola），每类群至少3巢、每巢视体长池化10/20/40只工蚁得头部或腹部样本，共186样本（93头+93腹）。DNA经表面乙醇消毒与无菌解剖后提取，扩增细菌16S rRNA基因V3–V4区（引物338F/806R）于Illumina NextSeq 2000双端300 bp测序，DADA2推断扩增子序列变体（ASV），SILVA 138.2注释，按27,849序列/样本稀疏化。宿主系统发育用线粒体COI、Cytb、12S rRNA串联最大似然法（IQ-TREE）构建。统计上以Wilcoxon符号秩检验比头腹α多样性，Bray–Curtis PCoA与PERMANOVA/PERMDISP析β多样性，Procrustes/PROTEST检验宿主系统发育距离与菌群相异度一致性，剔除Wolbachia或再加“Candidatus Blochmannia”做稳健性分析。

研究结果部分，3.1细菌群落组成跨26类群：门级以Pseudomonadota、Bacillota、Actinomycetota为主，Pseudomonadota最广占优；属级变异显著，Wolbachia在多种蚁中占优（如Odontomachus monticola腹部均达99.32%），Delftia与Methylobacterium在Myrmicinae突出，“Candidatus Blochmannia”在举腹蚁族（Camponotus、Polyrhachis）腹部主导，Fructilactobacillus近乎仅见于Formicinae且在黄猄蚁头部占82.12%，norank_f__Rhizobiaceae在Dolichoderus sibiricus腹部占93.92%，表明宿主类群与身体区域共同筛选特定菌属。3.2多样性与结构：α多样性Chao1与Shannon头部显著高于腹部（p<0.001，n=93对）；β多样性头腹差异显著但R²=0.0131很小，剔除Wolbachia或再加Blochmannia后仍小（R²≤0.0199），而类群间差异大（头R²=0.6106，腹R²=0.6389）；Procrustes显示腹部菌群与宿主系统发育显著一致（r=0.505，BH-p=0.0082），头部不一致（r=0.336，p=0.5799），剔Wolbachia后腹部仍一致（r=0.611，p<0.001），双剔后BH校正下均不显著，说明Blochmannia在举腹蚁族的高丰度贡献了部分系统发育信号。3.3优势菌属差异：12个优势属BH校正后头腹差异显著，Ca. Blochmannia、norank_f__Rhizobiaceae、Asaia偏腹，Acinetobacter、Glutamicibacter、Serratia、Sphingomonas、Delftia、Pseudomonas、Fructilactobacillus、Paenibacillus、Alkanindiges偏头；其中Ca. Blochmannia集中于举腹蚁族腹，Fructilactobacillus集中于黄猄蚁头及部分Formica/Polyrhachis头，反映头部环境暴露（觅食、IBP）与腹部消化功能对菌属空间分选。

讨论部分总结：蚂蚁关联菌含持久共生与环境暂获两类，门级以Pseudomonadota/Bacillota/Actinomycetota为主，属级无蜜露统一剖面，仅亚集相似；腹部（非头部）菌群与宿主系统发育一致且部分由Ca. Blochmannia驱动，支持其在举腹蚁族中作为氮循环与必需氨基酸合成营养共生体、可能源自古老蜜露互作的历史假设；Wolbachia跨五亚科广布且靠水平传播维持，不特异于蜜露蚁；Fructilactobacillus与Acetobacteraceae成员符合富糖环境/蜜露取食背景但与“蜜露专属”不能等价因未定量蜜露摄入；Delftia/Methylobacterium符合土壤植物源环境获获。局限含按体长池化数不同影响α解读、阴性模板未测序故低背景未独立刻画、16S无法判功能活性。结论部分翻译如下：本研究显示蚂蚁关联细菌群落因宿主类群与身体区域而异，蜜露关联类群未呈现共享细菌群落模式；这些模式提示宿主身份、身体区域与系统发育关系共同贡献蚂蚁细菌组成，腹部菌群与宿主系统发育更强的一致表明腹部关联菌群更紧联宿主进化关系，而头部菌群可能更受环境暴露影响；上述发现强调在探究昆虫–微生物互作时需兼顾宿主特征与身体区域差异。