近日,國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室周旭東教授團(tuán)隊(duì)以“Specific EnrichedAcinetobacterinCamelliaWeevil Gut Facilitate the Degradation of Tea Saponin: Inferred from Bacterial Genomic and Transcriptomic Analyses”為題在國(guó)際知名學(xué)術(shù)雜志《Microbiology Spectrum》(IF2021= 9.043)發(fā)表最新研究成果,從多組學(xué)角度和分子水平初步揭示了不動(dòng)桿菌AS23幫助茶籽象降解植物有毒PSM茶皂素的作用,為深入理解植物-昆蟲(chóng)-微生物相互作用機(jī)制提供了進(jìn)一步的依據(jù)。


團(tuán)隊(duì)圍繞前期研究油茶不同抗性無(wú)性系與其次生代謝物茶皂素的關(guān)系,及分離到的可協(xié)助茶籽象耐受植物化學(xué)抗性的不動(dòng)桿菌(Zhanget al., 2022,林業(yè)科學(xué),Microbiology Spectrum,Microbiome),結(jié)合微生物組學(xué)、比較基因組學(xué)和原核轉(zhuǎn)錄組學(xué),從不同角度論證明確了該菌株參與協(xié)助宿主昆蟲(chóng)適應(yīng)茶皂素毒性作用,初步揭示了不動(dòng)桿菌AS23菌株降解茶皂素的分子機(jī)制。植食性昆蟲(chóng)和植物在長(zhǎng)期共同進(jìn)化中已經(jīng)形成一種互作關(guān)系:植物進(jìn)化出了一系列的以次生代謝物(PSM)為代表的抗性化合物,而昆蟲(chóng)面對(duì)這種壓力則演化出多種多樣的適應(yīng)機(jī)制。除昆蟲(chóng)體內(nèi)的解毒酶外,腸道細(xì)菌在昆蟲(chóng)與植物相互作用中,也發(fā)揮著重要解毒作用,已經(jīng)成為昆蟲(chóng)與寄主植物相互作用研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。由于細(xì)菌的快速繁衍特性,腸道細(xì)菌會(huì)快速因應(yīng)食物中的有毒化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整,微生物群體中關(guān)鍵核心解毒菌將在新的微生物系統(tǒng)中占據(jù)關(guān)鍵地位。

本研究選取為害油茶的專(zhuān)食性昆蟲(chóng)茶籽象(Curculio chinensis)和其腸道分離的不動(dòng)桿菌(Acinetobactersp. AS23)開(kāi)展了一系列研究。研究發(fā)現(xiàn)三萜類(lèi)皂苷化合物茶皂素是油茶的主要抗蟲(chóng)物質(zhì),且不動(dòng)桿菌屬與茶皂素含量明顯相關(guān)。分離培養(yǎng)得到的AS23屬于不動(dòng)桿菌的Acb分支,基因組與耐藥不動(dòng)桿菌鮑曼(Acinetobacter baumannii)有良好的共線(xiàn)性,并注釋到59個(gè)耐藥性相關(guān)基因和47個(gè)與萜類(lèi)降解有關(guān)的基因。多抗生素耐藥性研究發(fā)現(xiàn),除新霉素和慶大霉素,AS23對(duì)多種抗生素均具有耐藥性。使用AS23敏感的抗生素慶大霉素構(gòu)建轉(zhuǎn)GFP熒光蛋白菌株,后續(xù)回接驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)飼料中添加AS23菌株可以顯著提高茶籽象的存活率。不同時(shí)段茶皂素降解的單菌原核轉(zhuǎn)錄組結(jié)果及qPCR驗(yàn)證分析,認(rèn)為Ko00984(Steroid degradation)通路的3個(gè)關(guān)鍵基因可能參與了茶皂素降解。通過(guò)對(duì)Ko00984通路相關(guān)化合物對(duì)茶籽象幼蟲(chóng)的毒性研究,進(jìn)一步證實(shí)類(lèi)甾體降解通路可能是AS23菌株降解茶皂素的關(guān)鍵途徑。

林生院2020級(jí)博士研究生李子坤為論文第一作者,林海萍教授和張守科博士為共同通訊作者。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金(32201561)及省部共建亞熱帶森林培育國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主研究課題(ZY20210201)資助。
(國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)