来自地理距离遥远采集点的尖音库蚊（Culex pipiens）f. pipiens 和 f. molestus 微生物组（Microbiome）的多样性

《Applied Microbiology》：Diversity of Microbiomes of Culex pipiens f. pipiens and f. molestus from Geographically Distant Collection Sites

　　

本研究旨在探究尖音库蚊（Culex pipiens）的微生物组（Microbiome）概况，该蚊种是古北区（Palearctic）数量最丰富的蚊虫和病原体媒介，并寻找微生物组的区域和生态型（Ecotype）特异性。分类单元Cx. pipiens包含两种生态型——pipiens和molestus——及其杂交种，它们在流行病学角色上存在差异。研究人员通过生物信息学分析，从47只个体Cx. pipiens（pipiens型、molestus型及其杂交种）的全基因组（Whole-genome）数据集中提取微生物组，这些样本采集自俄罗斯七个地理和气候不同的地区。研究鉴定了优势门和属，并发现从幼虫到成虫的转变过程中微生物组多样性下降了四倍，以及沃尔巴克氏体（Wolbachia）对Cx. pipiens微生物区系多样性的负面影响。大多数地理群体之间的微生物组群落组成差异显著。微生物群落组成分析表明，蚊虫栖息地存在人为改变的生态系统。研究鉴定出特定地理区域特有的微生物。两种生态型（pipiens和molestus）共享系统发育上相似的优势类群核心，但它们的丰度不同。所有样本中均存在的共享核心微生物组，很可能对Cx. pipiens的正常发育和生存至关重要，并可能作为阻断病原体的共生菌调控（Paratransgenesis）和区域特异性控制策略的靶点。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**
尖音库蚊（Culex pipiens）是古北区（Palearctic）最丰富的蚊虫及病原体媒介，可传播多种疾病，包括西尼罗热、乌苏图热、卡累利阿热及日本脑炎等。该分类单元包含两种生态型（Ecotype）——pipiens型（主要嗜鸟血、需血餐产卵、开放水域繁殖、具有滞育）和molestus型（主要嗜人血、自养产卵、地下室繁殖、无滞育且全年繁殖）——以及它们的杂交种，其流行病学角色不同。然而，既往研究（如德国、美国、阿根廷、意大利、希腊、埃及、叙利亚、中国等）虽已调查Cx. pipiens的微生物组多样性，但均未区分生态型，且俄罗斯境内Cx. pipiens的微生物组特征尚属空白。此外，全基因组测序数据用于微生物组表征的实用性尚未验证。因此，该研究旨在：（1）详细评估不同气候区域Cx. pipiens微生物组多样性；（2）评估两种生态型（pipiens和molestus）之间的微生物组变异；（3）鉴定所有Cx. pipiens共有的微生物类群，为未来新型媒介控制策略的开发奠定基础。

**关键技术方法**
研究人员利用PipPop项目（NCBI SRA Bioproject Accession: PRJNA1209100）中已发表的47只个体Cx. pipiens（采集自俄罗斯7个地理和气候不同地区：莫斯科、伏尔加格勒、斯塔夫罗波尔、阿纳帕、新罗西斯克、新西伯利亚、托木斯克、哈巴罗夫斯克）的全基因组测序数据。通过将reads比对至Cx. pipiens参考基因组（idCulPipi1）并提取未匹配reads获得微生物组组分。使用Kraken2/k2流程进行分类学注释，Bracken量化丰度，分别基于Shannon指数（α多样性）和Bray-Curtis相异度、加权/未加权UniFrac距离（β多样性）进行多样性分析，并采用PERMANOVA、Dunn检验等统计方法检验差异。

**研究结果**
**3.1. 不同发育阶段微生物群落组成差异**
通过分析47份样本，细菌占所有reads的90%以上。真菌在成虫中的丰度比幼虫高一个数量级。从幼虫到成虫的变态过程中，大多数分类单元丢失，幼虫中位独特分类单元数为812，成虫为231。沃尔巴克氏体（Wolbachia）在成虫中位感染水平为66.43%，幼虫为11.6%，且成虫中多个样本Wolbachia占比达80-97%。

**3.2. 微生物组组成**
共鉴定出69个独特门和2416个独特属。优势门包括变形菌门（Proteobacteria，Pseudomonadota）在所有样本中占主导，其他常见门有放线菌门（Actinomycetota）、拟杆菌门（Bacteroidota）、厚壁菌门（Bacillota）等。子囊菌门（Ascomycota）主要与molestus型相关。Wolbachia在多数样本中高度丰度，但托木斯克（TOM）样本中Wolbachia丰度相对较低。

**3.3. 多样性分析**
**3.3.1. α多样性**：Shannon指数显示地理差异，斯塔夫罗波尔（STV）和托木斯克（TOM）最高，新西伯利亚（NOV）和伏尔加格勒（VLG）最低。调整发育阶段后，仅NOV-TOM差异显著（p=0.025），表明部分地理差异由阶段混淆引起。Wolbachia丰度与微生物组多样性呈负相关。

**3.3.2. β多样性**：Bray-Curtis相异度分析显示7个地点间21对比较中有10对显著差异。调整发育阶段后，仍有6对显著（如MOS vs. TOM, STV vs. NOV等）。未加权UniFrac分析显示伏尔加格勒（VLG）与其他所有地点均有显著差异。加权UniFrac分析显示第一、二、三主成分分别解释44%、20%、13%的变异，托木斯克（TOM）样本富含Aeromonas、Diaphorobacter等，新西伯利亚（NOV）富含Limnohabitans，哈巴罗夫斯克（KBV）富含Leucobacter、Microbacterium。

**3.4. pipiens与molestus之间的差异**
在调整发育阶段后，molestus型的Shannon多样性显著高于pipiens型（估计边际均值3.41 vs. 2.07，p=0.0068）。Bray-Curtis分析显示两种生态型间显著差异（R2=0.10，p=0.005），且阶段与生态型存在交互作用。加权UniFrac分析显示生态型显著解释群落组成（R2=0.090，p=0.001），且效应大于未加权UniFrac（R2=0.051），表明两种生态型在共享类群的相对丰度结构上差异更大。在伏尔加格勒（VLG）内，两种生态型细菌组成显著不同。

**讨论与结论**
研究发现，Cx. pipiens微生物组以变形菌门为主，幼虫到成虫过程中微生物数量下降4倍，Wolbachia对多样性有负效应。β多样性分析表明，地理区域是微生物组结构的重要预测因子，解释了比发育阶段多近9倍的方差，支持蚊虫微生物组的真实地理结构。两种生态型（pipiens和molestus）在微生物组组成上存在显著差异，主要体现在丰度结构而非物种存在/缺失，且这种差异独立于发育阶段。微生物群落组成分析揭示了蚊虫繁殖场所的人为污染特征（如高丰度的Pseudomonas、Acinetobacter等降解污染物菌属），并识别出特定地理位点的指示微生物（如托木斯克的Aeromonas、哈巴罗夫斯克的Leucobacter等）。研究定义了核心微生物组（在≥90%个体中存在的菌属），包括Wolbachia、Pseudomonas、Acinetobacter等14个属，这些菌属对蚊虫正常发育和生存至关重要，是未来病原体阻断共生菌调控（Paratransgenesis）和区域特异性控制策略的潜在靶点。

**结论翻译**：这些发现对当前蚊虫微生物组知识做出了重要贡献，并证明了全基因组测序数据用于微生物组分析的有用性。