肠道细菌通过代谢调节缓解辐射诱导的亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）适合度下降

《Journal of Insect Physiology》：Gut bacteria alleviate irradiation-induced fitness decline via metabolic regulation in Ostrinia furnacalis (Guenée)

　　辐照破坏蜡螟肠道微生物群并降低雄性 fitness。植物乳杆菌和木槿假单胞菌在 fitness 恢复中发挥不同作用。木槿假单胞菌改善辐照雄性蛾的交配和飞行能力。细菌联合补充部分恢复被破坏的代谢特征。肠道来源细菌为改善不育昆虫技术（SIT）雄性质量提供了一种潜在策略。**引言**亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis (Guenée)）是全球范围内玉米的主要鳞翅目害虫，通过蛀食茎秆和果穗导致籽粒干瘪、空穗，甚至作物完全绝收。在中国，它导致每年10%–30%的产量损失，对粮食安全构成严重威胁。（Guo 等，2019；Myint 等，2023）长期依赖化学杀虫剂不仅诱导了亚洲玉米螟对多种杀虫剂的广泛抗性，（Gong 等，2023；Shabbir 等，2018）还引发了环境污染和非靶标生物死亡等生态问题，凸显了绿色可持续防控技术的迫切需求。不育昆虫技术（SIT）已成为鳞翅目害虫关键绿色防控策略，具有无污染、高特异性和无抗性风险等特点。（Borel, 2017；Chen 等，2023）该技术通过释放辐照不育雄虫与野生雌虫交配以阻断繁殖，从而压制田间种群，尤其对隐蔽性害虫效果显著。（Shelly 和 Manoukis, 2022）钴-60（??Co）来源的γ射线辐照因其穿透力强、剂量均匀且适合大规模处理而被广泛应用于SIT。然而，它需要专业设施和严格的辐射安全管理，且放射源活度随时间逐渐衰减。更重要的是，SIT的大规模应用面临一个关键瓶颈：辐照虽能有效诱导雄性不育，但会造成不可逆的生理损伤，（Huang 等，2024）包括寿命缩短、交配竞争力下降和飞行扩散能力受损。（Cai 等，2018；Dominiak 和 Fanson, 2021）这些缺陷降低了不育雄虫的田间交配成功率和存活持久性，需要大量释放来弥补质量不足，显著增加了防控成本。国际推荐用于诱导亚洲玉米螟亚不育的辐射剂量通常在150至200 Gy之间，这一般基于长期实验室驯化菌株的设定，该类菌株表现出增强的辐射抗性。相比之下，本研究采用较低的100 Gy剂量。这一决定基于我们的昆虫种群生物学特性。我们的初步测试表明，100 Gy剂量（剂量率16.67 Gy/min）足以在本地种群中诱导所需的亚不育水平。在传统范围内更高的剂量（150–200 Gy）导致严重生理损伤，证据表明200 Gy处理后三天内雄蛾死亡率超过70%。因此，使用100 Gy代表了一种基于生物学特性和种群特性的优化，而非对辐照剂量的任意降低。作为昆虫的"第二基因组"，肠道微生物群在调控宿主营养代谢、免疫应答、繁殖 fitness 和胁迫抗性中发挥关键作用。（Bai 等，2021；Douglas, 2015；Gu 等，2024；Zhang 等，2025）辐照会破坏昆虫肠道微生物平衡并降低其多样性，进一步加剧生理损伤。（Lin 等，2025；Singh 等，2024）已有研究证实肠道共生菌可减轻辐照对昆虫的损伤。（Deutscher 等，2019；Wei 等，2025；Zhang 等，2021）然而，亚洲玉米螟中能修复辐照损伤的具体肠道细菌尚未被鉴定，不同菌株的修复效果也缺乏系统评估。代谢稳态是昆虫生理功能和 fitness 的核心保障，辐照引发的代谢紊乱是生理表现下降的关键原因。（Zahran 等，2025）核苷酸代谢和氨基酸生物合成等通路直接参与能量供应、蛋白质合成和细胞修复，而肠道微生物可通过调控这些代谢途径来影响宿主表型。（Han 等，2024；Wang 等，2025）然而，肠道细菌如何通过代谢调控修复亚洲玉米螟辐照损伤尚未见报道。代谢组学能准确捕捉辐照和细菌干预下的代谢物差异，为揭示"肠道细菌-代谢通路-宿主 fitness"之间的关联提供直接证据。（Li 等，2025）基于上述背景和知识缺口，本研究整合16S rDNA高通量测序、肠道细菌分离与重建以及非靶向代谢组学，旨在解决三个目标：(1) 阐明辐照对雄性亚洲玉米螟肠道细菌群落多样性、结构组成和优势菌群的影响；(2) 筛选鉴定可修复辐照雄性关键 fitness 性状的可培养肠道细菌；(3) 揭示肠道细菌修复辐照损伤背后的核心代谢通路和关键代谢物，阐明"肠道微生物-代谢调控-fitness 恢复"的内在机制。本研究旨在通过定向益生菌补充来改善SIT中不育雄虫质量，提供理论依据和实践工具，同时深化对辐照昆虫中宿主-微生物-代谢相互作用的理解，为鳞翅目害虫的绿色防控提供新视角。**节选摘要****亚洲玉米螟的饲养与辐照处理**亚洲玉米螟采自中国广州华南农业大学麒麟农场（经度：113.38，纬度：23.15），在昆虫饲养室饲养多代。饲养条件如下：温度27±1°C，相对湿度70%–80%，光周期16L:8D，光照强度1000–4000 lx。雄蛹基于形态特征快速筛选，并小心转移至9 cm直径的Petri培养皿中。**辐照对亚洲玉米螟的生理效应**为评估100 Gy γ射线辐照对雄性亚洲玉米螟表型 fitness 的代价，我们建立了实验流程（图1A）：将雄虫饲至6龄蛹并暴露于100 Gy γ射线中，在羽化后5天检测三项关键 fitness 相关性状（交配率、存活时间和出房率）。图1B显示了交配率：未辐照组（UN）平均为75.83%，而辐照组（IR）显著降低至20.83%。**讨论**本研究旨在探讨与辐照相关的 fitness 损伤及其受肠道细菌的调控，而非确定亚洲玉米螟的操作灭菌剂量。虽然100 Gy导致多项成虫 fitness 性状明显下降，但繁殖不育性未通过辐照雄虫与未处理雌虫交配后测量卵孵化率进行直接定量。因此，本研究结果不应被解读为证明100 Gy是**结论**本研究系统探索了辐照对雄性亚洲玉米螟肠道细菌群落的影响、肠道来源可培养菌株的修复潜力及其内在代谢机制。辐照显著降低了雄性肠道细菌群落的多样性和丰富度，改变了优势门（厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门）和科（乳酸杆菌科、肠杆菌科）的组成，这与 fitness 下降密切相关。**CRediT作者贡献声明**李士凡：撰写—初稿、调查、形式分析、数据整理。杨宇航：调查、形式分析、数据整理。许杰：方法学、调查。黄卫远：验证、调查。胡琼波：资源、方法学。张珂：撰写—审阅与编辑、监督。翁群芳：撰写—审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念化。**利益冲突声明**作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所述工作。**致谢**研究者感谢国际原子能机构研究合同号15630/RO下的资助。李士凡|杨宇航|许杰|黄卫远|胡琼波|张珂|翁群芳