《Pest Management Science》：Mating history shapes Wolbachia-induced cytoplasmic incompatibility and female fitness in an insect pest
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**摘要**
**背景**：母系传播的内共生菌如Wolbachia和Cardinium在节肢动物（包括许多害虫物种）中普遍存在。通过诱导胞质不相容性（cytoplasmic incompatibility, CI），它们可以通过种群抑制或替换策略支持可持续
**摘要**
**背景**：母系传播的内共生菌如Wolbachia和Cardinium在节肢动物（包括许多害虫物种）中普遍存在。通过诱导胞质不相容性（cytoplasmic incompatibility, CI），它们可以通过种群抑制或替换策略支持可持续害虫管理。然而，这些策略所依据的模型常常忽略雌性再交配以及影响精子利用和相容性的交配前与交配后机制。在许多物种中，雌性会多次交配，并可能同时遇到相容和不相容的雄性，从而可能改变CI表达和内共生菌传播。研究人员因此测试了再交配和交配顺序如何影响Kelly柑橘蓟马（*Pezothrips kellyanus*）的CI和繁殖适合度。该物种是一种单倍二倍体柑橘害虫，自然携带仅Cardinium（C）或同时携带Cardinium和Wolbachia（CW）。
**结果**：研究人员发现CI强烈依赖于交配历史。当C雌性首先与不相容的CW雄性交配时，CI很强，随后与相容的C雄性进行第二次交配仅能恢复约21%的雌性后代产量。相反，当C雌性首先与相容的C雄性交配，然后再与不相容的CW雄性交配时，CI显著减弱，这与首雄精子优先（first-male sperm precedence）一致。雌性适合度也随交配历史而变化；与CW雄性交配两次的C雌性具有最低的产卵量、最高的胚胎期和胚胎后期死亡率，以及最短的存活时间。
**结论**：首雄精子优先限制了不相容交配后通过相容交配恢复雌性后代产量。这可能增加了具有交配前配偶识别能力的宿主接受不相容雄性的适合度代价。更广泛地看，再交配和交配顺序可以改变CI强度，影响内共生菌传播模型及基于内共生菌的害虫管理。? 2026作者。*Pest Management Science*由John Wiley & Sons Ltd代表化学工业学会出版。
**论文解读：交配历史对Pezothrips kellyanus中Wolbachia诱导的胞质不相容性与雌性适合度的影响**
**1. 研究背景与现存问题**
母系传播的内共生菌（endosymbiont）如Wolbachia和Cardinium在节肢动物中广泛存在，可通过诱导胞质不相容性（cytoplasmic incompatibility, CI）影响宿主繁殖，即当未携带内共生菌的雌性卵子与携带CI诱导因子的雄性精子受精时，胚胎死亡；而携带相应内共生菌的雌性可挽救该不相容性，从而获得相对适合度优势，推动内共生菌在宿主种群中扩散。基于CI的害虫治理策略包括不相容昆虫技术（incompatible insect technique, IIT）和种群替换策略。然而，现有模型通常忽略雌性多次交配（polyandry）以及影响精子利用和相容性的交配前、交配后机制。在许多物种中，雌性可先后遇到相容与不相容雄性，这可能改变CI表达强度及内共生菌传播动态。CI对无内共生菌雌性造成的严重适合度代价应驱动宿主产生交配前或交配后适应对策，但相关行为与进化响应在CI模型中常被低估。精子利用模式（如首雄或末雄精子优先）在不同物种间差异显著，直接决定再交配能否缓解CI带来的繁殖损失。Kelly柑橘蓟马（*Pezothrips kellyanus*）是研究宿主–共生菌–共生菌三方互作的理想体系：其为单倍二倍体柑橘害虫，自然种群中个体主要携带仅Cardinium（C）或Cardinium与Wolbachia共感染（CW）两种类型；Cardinium诱导雄性化CI（male development-CI, MD-CI），而Wolbachia诱导雌性胚胎死亡CI（female mortality-CI, FM-CI）。尽管已有研究表明C雌性对不相容CW雄性表现出交配接受性降低和交配偏好，但先前研究多在单次交配设计下检测CI，忽略了多次交配及交配顺序的影响。
**2. 研究目的与主要技术方法**
为探究交配历史（交配次数与顺序）如何影响CI表达及雌性适合度，研究人员将C雌性分配至7个交配处理组：处女组（C）；单次交配组（C×C相容；C×CW不相容）；两次交配组（C×C?.C?；C×CW?.CW?）；以及顺序互换的混合交配组（C×C?.CW?；C×CW?.C?）。每个处理组设40个重复雌性。实验使用遗传背景均一化的实验室品系：CW品系采自澳大利亚新南威尔士州Kulnura柑橘园（2017年），C品系由CW品系经抗生素处理获得；两品系均通过与无内共生菌品系（U）回交4代以标准化宿主遗传背景。主要测量指标包括：产卵前死亡率、总产卵量、胚胎死亡率、胚胎后期死亡率、总成虫后代产量、雌性后代百分比（作为CI强度的指标）及雌性寿命。统计分析采用广义线性模型（GLM，负二项或二项分布）、Kaplan–Meier生存分析和log-rank检验，并以Holm法校正多重比较。
**3. 研究结果**
**3.1 产卵前死亡率**
不同交配处理间产卵前死亡率差异显著（χ2?=61.32，P<0.001）。处女雌性（5%）、单次相容交配（C×C：2.5%）和单次不相容交配（C×CW：10%）的死亡率较低；两次不相容交配（C×CW?.CW?）死亡率急剧升高至57.5%，约为单次CW交配的5.8倍（P<0.001），且显著高于所有其他处理。
**3.2 总产卵量**
总产卵量在处理间差异显著（χ2?=220.37，P<0.001）。处女雌性产卵量最高（中位数71.5），两次CW交配雌性最低（中位数5.5），较处女雌性降低约92%。单次不相容交配较单次相容交配产卵量降低约13%（中位数51.5 vs 59.0；P=0.010）。当CW雄性作为第二个交配对象时，产卵量显著低于CW雄性作为第一个交配对象（C×C?.CW?中位数40 vs C×CW?.C?中位数54.5；P<0.001）。
**3.3 胚胎死亡率**
胚胎死亡率在处理间差异极显著（χ2?=3613.23，P<0.001）。处女雌性胚胎死亡率最低（中位数4.44%），单次CW交配大幅提高至71.72%，两次CW交配达100%。混合交配中，先CW后C处理（C×CW?.C?）的胚胎死亡率为65.19%，显著低于单次CW交配（71.72%，P=0.032）；而先C后CW处理（C×C?.CW?）为20.53%，显著高于两次C交配（12.50%，P<0.001）。两种混合顺序间差异显著，CW为先交配时胚胎死亡率约为其作为后交配时的3.2倍。
**3.4 胚胎后期死亡率**
胚胎后期死亡率在处理间差异显著（χ2?=315.69，P<0.001）。单次CW交配后代胚胎后期死亡率中位数为23.67%，为单次C交配（3.61%）的6.6倍；两次CW交配达40.00%，但与单次CW交配无显著差异。混合交配两种顺序间无显著差异（C×C?.CW?：15.08% vs C×CW?.C?：20.00%；P=0.899）。
**3.5 总成虫后代产量**
总成虫后代产量在处理间差异显著（χ2?=357.59，P<0.001）。处女雌性产量最高（中位数62），两次CW交配最低（中位数0）。单次CW交配较单次C交配降低约80%（中位数10 vs 50；P<0.001）。先CW后C处理（C×CW?.C?）较单次CW交配增加约60%（中位数16 vs 10；P=0.043）；先C后CW处理（C×C?.CW?）较两次C交配降低约38%（中位数26 vs 42；P<0.001）。两种混合顺序间差异显著，CW为先交配时产量更低（P<0.001）。
**3.6 雌性后代百分比**
雌性后代百分比在处理间差异显著（χ2?=8030.02，P<0.001）。单次C交配产生近100%雌性后代，单次CW交配及两次CW交配均为0%雌性后代。先CW后C处理（C×CW?.C?）恢复至21.43%雌性后代，显著高于单次CW交配的0%（P<0.001）；先C后CW处理（C×C?.CW?）为89.23%，较两次C交配的100%降低约11%（P<0.001）。两种混合顺序差异显著，CW为先交配时雌性后代百分比低约76%（P<0.001）。
**3.7 雌性存活**
雌性存活在处理间差异显著（log-rank χ2?=322.14，P<0.001）。处女和单次交配雌性寿命最长（中位数30.5、31.5和28.0天），两次C交配降低约33%（中位数21.0 vs 31.5天；P<0.001），两次CW交配最短（中位数0天）。混合交配中，先CW后C处理（C×CW?.C?）寿命较单次CW交配降低约45%（中位数15.5 vs 28.0天；P<0.001）；先C后CW处理（C×C?.CW?）较两次C交配降低约31%（中位数14.5 vs 21.0天；P<0.001）；两种混合顺序间无显著差异。
**4. 讨论与结论**
研究结果表明，*P. kellyanus*中CI表达和雌性适合度强烈依赖于交配历史。两种顺序互换的混合交配处理结果与首雄精子优先（图2中情景1A）最为吻合：先与不相容CW雄性交配后即使再与相容C雄性交配，CI表达仍较强，雌性后代恢复有限（约21%）；而先与相容C雄性交配后再与不相容CW雄性交配，CI显著减弱。这表明受精主要由首雄决定，尽管并非完全排他。该模式与二斑叶螨（*Tetranychus urticae*）和丽蝇蛹集金小蜂（*Nasonia vitripennis*）中的首雄精子优先现象一致。首雄精子优先可能源于首只雄性精液快速充盈受精囊、后续精子难以储存或置换，或交配栓等机制，但本研究未直接量化精子储存或进行父权鉴定。雌性交配代价不仅取决于交配频率，还取决于雄性内共生菌状态：两次与CW雄性交配的雌性产卵量最低、死亡率最高、寿命最短，这可能与C雌性对CW雄性交配尝试的抵抗行为导致的延长骚扰和强制交配有关。CI影响还延伸至胚胎后期，表现为后代在幼虫或蛹期死亡，与先前报道的延迟CI效应一致。该研究对基于内共生菌的害虫治理具有重要启示：在强首雄精子优先系统中，IIT释放的不相容雄性若能率先与接受雌性交配则效果最佳；任何先与相容雄性的交配都会限制后续不相容交配的CI效果。种群替换策略亦类似，释放的内共生菌携带雄性和雌性需在本地相容雄性垄断首交之前相遇。研究结论指出，仅凭单次交配试验无法可靠预测CI结果，将配偶选择、再交配频率和精子利用模式纳入内共生菌传播模型，应能改进对内共生菌扩散的预测，并为基于内共生菌的害虫管理策略设计提供信息。
