拟环纹豹蛛微生物物种多样性及与褐飞虱比较

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共生关系在自然界是一个众所周知的普遍现象,尤其是共生微生物与其宿主之间。共生微生物在宿主中发挥重要的作用,包括营养代谢、发育生殖、抗病菌感染以及增强宿主的解毒代谢能力等。拟环纹豹蛛是稻田中重要的捕食性天敌,在防治水稻害虫及维持稻田生态平衡中发挥重要作用。目前拟环纹豹蛛的形态学、生物生态学、农药安全性评价以及对农田害虫捕食行为及效率等方面已经有很多研究结果,但是关于拟环纹豹蛛共生微生物的研究却鲜有报道。本研究主要以拟环纹豹蛛与其猎物褐飞虱为材料来开展以下实验内容:1)拟环纹豹蛛不同内部组织器官之间微生物(包括真菌和细菌)群落组成结构比较;2)拟环纹豹蛛内部组织器官共生真菌与细菌的种群平衡关系;3)豹蛛属的不同物种、不同地理种群拟环纹豹蛛细菌微生物组成比较;4)以拟环纹豹蛛与褐飞虱细菌物种组成之间的关系为基础,探讨捕食性天敌与猎物之间细菌微生物的组成关系。本文主要研究结果如下:一、拟环纹豹蛛不同组织器官真菌微生物物种多样性比较本研究通过微生物组学的方法,对拟环纹豹蛛不同内部组织器官真菌微生物物种多样性进行比较,产生378,990个高质量序列,共获得12个核心OTU,卵巢、脂肪体、肠道、毒腺各特有4、6、3、5个OTU。通过对拟环纹豹蛛卵巢、脂肪体、肠道、毒腺真菌微生物群落结构的比较分析,发现脂肪体和卵巢真菌微生物多样性指数最高并显著高于肠道和毒腺,多样性丰度指数由高到低依次为脂肪体、卵巢、肠道、毒腺,拟环纹豹蛛各组织器官的真菌微生物丰度指数没有显著性差异。Unweighted UniFrac PCoA结果发现,各组织真菌微生物群落在PC1上团簇在一起,但是肠道与卵巢和脂肪体的真菌菌群结构在PC1上存在显著性差异变化;Weighted UniFrac PCoA结果发现,卵巢、毒腺、肠道真菌微生物群落在PC1上团簇在一起并且在PC1上不存在显著性差异,脂肪体真菌微生物群落在PC1上独自形成一簇。在门水平上,子囊菌门(Ascomycota)在四个组织中均是优势菌群,所占比例分别为肠道(78%)、脂肪体(74%)、卵巢(68%)、毒腺(77%);担子菌门(Basidiomycota)的丰度仅次于子囊菌门(Ascomycota)。这两个优势菌门在拟环纹豹蛛四个内部组织器官中的丰度没有显著性差异。二、拟环纹豹蛛不同组织器官细菌微生物物种多样性比较本研究通过对拟环纹豹蛛不同组织器官细菌微生物物种多样性比较与功能分析,探究宿主不同组织器官共生细菌微生物的组成差异。通过细菌微生物组学测序分析,产生564,924个高质量序列,共获得9个核心OTU,卵巢、脂肪体、肠道、毒腺、脑各特有32、0、18、544、262个OTU,与真菌物种多样性比较,发现拟环纹豹蛛细菌微生物的物种多样性远远高于真菌。毒腺中的细菌微生物多样性和丰度指数显著高于其他四个组织,脂肪体细菌微生物的多样性和丰度指数最低。多样性指数由高到低依次为毒腺、脑、卵巢、肠道、脂肪体,丰度指数由高到低依次为毒腺、脑、肠道、卵巢、脂肪体。经细菌群落组成分析,在门水平上,卵巢主要由厚壁菌门(Firmicutes)组成,其丰度达到96%以上;脂肪体主要由衣原体门(Chlamydiae)组成,其丰度达到98%以上;在肠道、毒腺、脑中,优势菌门都是变形菌门(Proteobacteria),分别达到58%、41%、54%以上。在属水平上,各组织的优势菌属不同,脂肪体、卵巢、肠道、脑、毒腺中优势菌属分别为新衣原体属(Neochamydia,94%),芽孢杆菌属(Bacillus,70%),立克次氏小体属(Rickettsiella,57%),罗尔斯通菌属(Ralstonia,39%),肠球菌属(Enterococcus,10%)、鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas,10%)。这些细菌微生物主要参与氨基酸代谢(Amino Acid Metabolism)、碳水化合物代谢(Carbohydrate Metabolism)、膜运输(Membrane Transport)等代谢通路。与真菌菌群多样性比较,发现在相对封闭的器官(卵巢、脂肪体、毒腺)中,真菌和细菌的菌群多样性存在互补平衡规律,在肠道这种比较开放的组织器官中不存在此规律。肠道真菌、细菌的多样性都显著低于其它组织,这与人们以往的认知不同,即肠道作为一个相对开放的组织器官,其微生物多样性应该最丰富。三、豹蛛属及不同地理种群拟环纹豹蛛脂肪体细菌微生物物种多样性比较针对拟环纹豹蛛脂肪体中特异高丰度存在的新衣原体属(Neochlamydia)细菌,在豹蛛属的不同种蜘蛛、不同地理种群的拟环纹豹蛛中进行差异分析,说明此特征的种属关系及不同地理种群的异同点。通过不同物种和地理种群的微生物组测序,产生368,015个高质量序列,共获得11个核心OTU,沟渠豹蛛、星豹蛛、日本拟环纹豹蛛和南京本地拟环纹豹蛛脂肪体各特有7、4、14、4个OTU。通过对细菌微生物群落结构的比较分析,发现沟渠豹蛛、星豹蛛脂肪体器官细菌微生物多样性和丰度指数显著高于拟环纹豹蛛。Unweighted UniFrac PCoA和Weighted UniFrac PCoA结果发现,不同地理种群的拟环纹豹蛛脂肪体细菌微生物群落结构在PC1上都远离沟渠豹蛛和星豹蛛且PC1值存在显著性差异,而沟渠豹蛛和星豹蛛脂肪体细菌微生物群落结构在PC1上聚集在一起,说明不同豹蛛属物种脂肪体细菌菌群结构差异较大。在门水平上,不同地理种群的拟环纹豹蛛脂肪体细菌微生物主要由衣原体门(Chlamydiae,98%)组成,沟渠豹蛛和星豹蛛主要由变形菌门(Proteobacteria,73%、68%)组成。在属水平上,发现豹蛛属的沟渠豹蛛和星豹蛛脂肪体中不存在特异高丰度的新衣原体属(Neochlamydia),说明此特征仅限于拟环纹豹蛛,在豹蛛属其它物种中并不存在;虽然新衣原体属(Neochlamydia)在不同地理种群的拟环纹豹蛛脂肪体中都特异高丰度存在,但其丰度存在显著性差异变化,说明此特征可能受地理位置和生态条件的影响。这些结果进一步证实了新衣原体属(Neochlamydia)是拟环纹豹蛛脂肪体中最丰富的细菌物种,可能在拟环纹豹蛛抗逆、繁殖等方面起重要作用。四、拟环纹豹蛛与猎物褐飞虱细菌微生物物种多样性比较褐飞虱是水稻最重要的害虫之一,拟环纹豹蛛是其重要的捕食性天敌。本章主要以拟环纹豹蛛与褐飞虱脂肪体、卵巢为材料,对其细菌微生物物种多样性组成及差异进行分析。通过微生物组学测序,产生437,014个高质量序列,共获得19个核心OTU,褐飞虱卵巢、褐飞虱脂肪体、拟环纹豹蛛卵巢和拟环纹豹蛛脂肪体各特有10、4、10、1个OTU。通过对细菌微生物群落结构的比较分析,发现拟环纹豹蛛脂肪体器官细菌微生物多样性和丰度指数最低,多样性指数由高到低依次为褐飞虱卵巢、褐飞虱脂肪体、拟环纹豹蛛卵巢、拟环纹豹蛛脂肪体并相互间存在显著性差异。在门水平上,褐飞虱卵巢和脂肪体的细菌微生物群落组成相似,优势菌群都由厚壁菌门(Firmicutes)和变形菌门(Proteobacteria)组成,两者丰度达到99%以上;拟环纹豹蛛卵巢和脂肪体的细菌微生物群落组成差异较大,脂肪体主要由衣原体门(Chlamydiae,98%)组成,卵巢主要由厚壁菌门(Firmicutes,96%)组成。经细菌菌群扩散能力分析发现:厚壁菌门在褐飞虱脂肪体、卵巢之间具有强扩散能力;变形菌门在褐飞虱脂肪体、卵巢之间的扩散过程具有随机性;而拟环纹豹蛛细菌微生物在脂肪体、卵巢中具有扩散限制。褐飞虱和拟环纹豹蛛细菌菌群在脂肪体、卵巢组织间的扩散能力差异可能是导致细菌物种组成不同的原因。在属水平上,发现拟环纹豹蛛脂肪体中高丰度存在的新衣原体属(Neochlamydia)在褐飞虱脂肪体中丰度极低,褐飞虱脂肪体、卵巢及拟环纹豹蛛卵巢中新衣原体属(Neochlamydia)均低于0.1%,说明新衣原体属(Neochlamydia)在拟环纹豹蛛中可能存在垂直与水平两种传递模式。
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