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        從Oppiella nova(蜱螨目:Oribatida科:Oppiidae)中檢測并定位一種屬于W超群的新Wolbachia菌株,該菌株可能對宿主的生命周期特征產(chǎn)生影響

        《Journal of Invertebrate Pathology》:Detection and localization of a new Wolbachia from supergroup W in Oppiella nova (Acari: Oribatida: Oppiidae) with potential impacts on host life-history traits

        【字體: 時(shí)間:2026年03月03日 來源:Journal of Invertebrate Pathology 2.4

        編輯推薦:

          Wolbachia超群W感染中華櫛蜱O. nova并與C. felis存在水平傳遞可能,實(shí)驗(yàn)室研究表明其顯著提高宿主繁殖率并縮短發(fā)育周期,特別是若蟲階段。

          
        康碩芳|陳俊
        中國科學(xué)院動(dòng)物生物學(xué)研究所動(dòng)物生物多樣性保護(hù)與綜合害蟲管理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100101,中國

        摘要

        沃爾巴克氏體(Wolbachia)是節(jié)肢動(dòng)物中最豐富的細(xì)胞內(nèi)共生體之一,感染了大約40%到60%的物種。它可以影響宿主的繁殖策略,提供營養(yǎng)支持,增強(qiáng)對病原體的抵抗力,并影響其繁殖能力和發(fā)育時(shí)間。彈尾螨(Oribatid mites)是一類體型較小的節(jié)肢動(dòng)物,具有復(fù)雜的繁殖策略,其中約10%的物種能夠進(jìn)行無性繁殖(孤雌生殖)。關(guān)于彈尾螨內(nèi)共生體的研究仍然有限。盡管在少數(shù)彈尾螨物種中檢測到了沃爾巴克氏體,但其對彈尾螨生物過程的影響仍不甚清楚。在本研究中,我們從單個(gè)種群中收集了O. nova個(gè)體,并發(fā)現(xiàn)其中存在被沃爾巴克氏體感染(W+)和未感染共生體的個(gè)體。基于多個(gè)遺傳標(biāo)記的系統(tǒng)發(fā)育分析表明,感染O. nova的沃爾巴克氏體屬于W超群。熒光原位雜交(FISH)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)沃爾巴克氏體主要分布在O. nova的產(chǎn)卵器中。實(shí)驗(yàn)室飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)表明,沃爾巴克氏體感染與O. nova的繁殖產(chǎn)出增加、卵發(fā)育期縮短以及整體發(fā)育時(shí)間加快(包括若蟲階段)有關(guān)。

        引言

        沃爾巴克氏體在節(jié)肢動(dòng)物中廣泛存在,能夠在宿主代際間垂直傳播,估計(jì)感染了40%到60%的節(jié)肢動(dòng)物物種(Hilgenboecker等人,2008年;Zug和Hammerstein,2012年)。迄今為止,已發(fā)現(xiàn)的沃爾巴克氏體被分為22個(gè)超群,即A-F、H-Q、S-X(Ros等人,2009年;Szymkowiak等人,2025年)。沃爾巴克氏體菌株的分類基于16S rRNA和管家基因序列的分析,如fbpA(編碼果糖-1,6-二磷酸醛縮酶)、ftsZ(編碼細(xì)胞分裂蛋白)和hcpA(編碼一種保守的假設(shè)蛋白)(Casiraghi等人,2005年;Baldo等人,2006年)。
        不同沃爾巴克氏體超群的菌株對其宿主的生物功能具有多種影響。對于寄生蜂Asobara tabida(昆蟲綱:膜翅目)而言,沃爾巴克氏體菌株wAtab3(A超群)對卵子和雌性繁殖能力至關(guān)重要(Dedeine等人,2001年)。同樣,在小褐飛虱Laodelphax striatellus(昆蟲綱:半翅目)中,wStri菌株(B超群)能夠提高繁殖能力(Niu等人,2025年),而wStriCN菌株(B超群)則通過補(bǔ)充生物素和核黃素來彌補(bǔ)宿主的繁殖缺陷(Ju等人,2020年)。此外,沃爾巴克氏體還可以增強(qiáng)宿主的免疫力和生存能力。例如,在絲蟲Onchocerca ochengi( Chromadorea綱:Rhabditida目)中,wOo菌株(C超群)有助于宿主逃避免疫攻擊并延長生存時(shí)間(Darby等人,2012年)。此外,它還能提高宿主的適應(yīng)度。wMel菌株(A超群)能夠提高黑腹果蠅(Drosophila melanogaster,昆蟲綱:雙翅目)的適應(yīng)度(Perlmutter等人,2025年),而床蟲Cimex lectularius(昆蟲綱:半翅目)中的專性沃爾巴克氏體(F超群)能夠合成生物素和核黃素,從而增強(qiáng)宿主的適應(yīng)度(Hosokawa等人,2009年)。在發(fā)育影響方面,沃爾巴克氏體以物種特異性的方式調(diào)節(jié)宿主的發(fā)育時(shí)間:它縮短了蜘蛛Hylyphantes graminicola(蛛形綱:蜘蛛目)的發(fā)育期(Li等人,2022年),但延長了菜根蠅Delia radicum(昆蟲綱:雙翅目)的發(fā)育期(Lopez等人,2018年)。然而,盡管有這些報(bào)告表明不同沃爾巴克氏體超群與某些宿主生理特征之間存在關(guān)聯(lián),但直接實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證仍缺乏,目前尚未就沃爾巴克氏體超群分類與宿主生物表型之間的相關(guān)性達(dá)成明確共識。
        在某些情況下,沃爾巴克氏體還通過誘導(dǎo)孤雌生殖、細(xì)胞質(zhì)不相容性、雌性化以及殺死雄性等機(jī)制影響宿主的繁殖(Turelli等人,2022年;Werren等人,2008年)。一個(gè)典型的例子是蜘蛛螨Tetranychus truncatus(蛛形綱:Trombidiformes),沃爾巴克氏體誘導(dǎo)了不完全的細(xì)胞質(zhì)不相容性,表現(xiàn)為受感染的雄性與未感染的雌性交配時(shí)后代孵化率和雌性比例降低(Yang等人,2020年;Zhu等人,2021年)。這些共生相互作用對宿主的適應(yīng)性和生態(tài)適應(yīng)至關(guān)重要,使得沃爾巴克氏體成為節(jié)肢動(dòng)物共生研究的焦點(diǎn)。
        彈尾螨(亞綱Acari,亞目Oribatida)是一類主要棲息在土壤中的微小節(jié)肢動(dòng)物,體長通常在200至700微米之間。全球已記錄超過11,600種彈尾螨(Subías,2024年),其中約10%的物種通過無性繁殖進(jìn)行繁殖,這一比例明顯高于其他動(dòng)物類群(Schuster等人,1991年)。與其他許多節(jié)肢動(dòng)物內(nèi)共生體的研究相比,彈尾螨內(nèi)共生體的研究仍處于初級階段。先前的研究僅在四種能夠進(jìn)行無性繁殖的物種中檢測到了沃爾巴克氏體,包括O. nova(Konecka和Olszanowski,2015年;Weeks等人,2003年)、Ceratozetes thienemanni(Konecka和Olszanowski,2019a年)、Hypochthonius rufulus(Konecka和Olszanowski,2021年)以及Nothrus anauniensis(Kang等人,2024年),以及兩種能夠進(jìn)行有性繁殖的物種Gustavia microcephala(Konecka等人,2019b年)和Damaeus onustus(Konecka等人,2020年)。基于多位點(diǎn)序列分型的系統(tǒng)發(fā)育分析將這些沃爾巴克氏體菌株進(jìn)行了分類:Konecka(2022年)將其中一些歸入E超群,Kang等人(2024年)將另一些歸入K超群。然而,沃爾巴克氏體在這些物種中的具體作用仍不清楚。
        Rodrigues等人(2023年)將波蘭O. nova種群中檢測到的沃爾巴克氏體內(nèi)共生體歸入E超群。相比之下,我們的研究在中國北京采集的O. nova樣本中發(fā)現(xiàn)了屬于W超群的新沃爾巴克氏體菌株,數(shù)據(jù)集中沒有之前報(bào)道的E超群的跡象。這些發(fā)現(xiàn)表明這種宿主螨物種中存在不同的沃爾巴克氏體超群。雖然之前已有O. nova感染沃爾巴克氏體的記錄,但本研究首次記錄了彈尾螨中的W超群沃爾巴克氏體。作為一種能夠進(jìn)行無性繁殖的彈尾螨,O. nova可能是地球上分布最廣、數(shù)量最多的陸地節(jié)肢動(dòng)物之一(Schuster等人,1991年)。其從卵到成蟲的發(fā)育時(shí)間顯著短于同科其他物種(Oppiidae)(Pfingstl和Schatz,2021年),并且已有成功的實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)報(bào)告(Kaneko,1988年)。在本研究中,我們通過野外采樣、分子PCR檢測和系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建確定了感染O. nova的沃爾巴克氏體超群。隨后我們在實(shí)驗(yàn)室條件下飼養(yǎng)了W+和W-的O. nova個(gè)體,評估了各種發(fā)育參數(shù)、產(chǎn)卵前時(shí)期和產(chǎn)卵數(shù)量。本研究首次提供了沃爾巴克氏體感染與O. nova發(fā)育時(shí)間和繁殖能力差異之間的關(guān)聯(lián)證據(jù),為彈尾螨內(nèi)共生體-宿主相互作用提供了新的見解。

        部分內(nèi)容片段

        彈尾螨的采樣、提取、鑒定和飼養(yǎng)

        土壤樣本采集于2024年3月15日,地點(diǎn)為中國北京市朝陽區(qū)奧林匹克森林公園(坐標(biāo):40.020°N,116.386°E;海拔:44米)。土壤表面覆蓋著大量的枯枝、落葉和腐殖質(zhì),為土壤動(dòng)物提供了適宜的棲息環(huán)境。采集后,土壤樣本被裝入布袋并運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室中,將土壤樣本放入Berlese-Tullgren漏斗中,并用40瓦的燈泡加熱48小時(shí)。

        O. nova中的內(nèi)共生體感染

        對O. nova的內(nèi)共生體進(jìn)行篩查后發(fā)現(xiàn),沃爾巴克氏體是唯一可檢測到的內(nèi)共生體;未發(fā)現(xiàn)其他內(nèi)共生體。分別對四個(gè)目標(biāo)沃爾巴克氏體基因(16S rRNA、fbpA、hcpA、ftsZ)進(jìn)行了PCR擴(kuò)增,以單獨(dú)檢測所有50個(gè)O. nova個(gè)體。由于O. nova的體型很小(僅約200微米),每個(gè)個(gè)體的總DNA產(chǎn)量有限,導(dǎo)致這四個(gè)基因的檢測效率存在差異。
        我們的感染狀態(tài)分類

        討論

        基于單基因序列(16S rRNA和ftsZ)以及四個(gè)基因(16S rRNA、fbpA、ftsZ和hcpA)的串聯(lián)序列的系統(tǒng)發(fā)育分析確認(rèn),來自O(shè). nova和C. felis的沃爾巴克氏體菌株屬于同一W超群(圖1)。這一發(fā)現(xiàn)表明O. nova和C. felis之間可能存在沃爾巴克氏體的水平傳播。這兩種物種都棲息在土壤環(huán)境中,共同的棲息環(huán)境可能為沃爾巴克氏體的水平傳播提供了機(jī)會(huì)。

        資金來源

        本研究得到了中國科學(xué)院動(dòng)物研究所自主部署項(xiàng)目(項(xiàng)目編號2024IOZ0108)、科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)資源調(diào)查計(jì)劃(項(xiàng)目編號2025FY100800、2024FY100400)以及中國科學(xué)院的中波合作項(xiàng)目的支持。
        Sharma和Som(2023年)。

        CRediT作者貢獻(xiàn)聲明

        康碩芳:撰寫初稿、數(shù)據(jù)可視化、驗(yàn)證、方法學(xué)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施、數(shù)據(jù)分析、概念構(gòu)思。陳俊:審稿與編輯、撰寫初稿、驗(yàn)證、監(jiān)督、資源協(xié)調(diào)、項(xiàng)目管理、資金獲取、概念構(gòu)思。

        利益沖突聲明

        作者聲明他們沒有已知的財(cái)務(wù)利益或個(gè)人關(guān)系可能影響本文的研究結(jié)果。

        致謝

        我們衷心感謝Chenglin Liu在彈尾螨標(biāo)本準(zhǔn)備工作上的幫助。
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