近日，我院昆虫系统学与多样性团队在半翅目昆虫与共生菌协同进化方面取得新的研究进展，研究结果以“Symbionts in Hodgkinia -free       cicadas and their implications for co-evolution between endosymbionts and host insects”为题，发表于美国微生物学会期刊《Applied and Environmental Microbiology》上，并在2023年（89卷）第12期封面特别推介。硕士研究生张闻哲为该论文第一作者，博士研究生王佳丽、黄智和何晓华老师为共同作者，魏琮教授为通讯作者。

半翅目的头喙亚目昆虫具有典型的刺吸式口器，它们取食的植物汁液富含碳水化合物，却缺少含氮营养物质。因此，这类昆虫必需依靠体内特化的含菌器官——贮菌体——为生长发育提供食物中或缺的必需氨基酸及核黄素等物质。

此前研究表明，半翅目的蝉科昆虫体内含有两种专性共生细菌，分别为拟杆菌门（Bacteroidota）的 Candidatus Sulcia muelleri（简称 Sulcia ）和α-变形菌门（Alphaproteobacteria）的 Candidatus Hodgkinia cicadicola（简称 Hodgkinia ）。但在长期进化过程中，部分蝉科昆虫的 Ho-dgkinia 被一种类酵母共生真菌（yeast-like fungal symbiont，简称YLS）替代。在缺少 Hodgkinia 的蝉科昆虫中，其成虫体内的 Sulcia 分布于贮菌体中，YLS因适应性较低而只分布于脂肪体中。但近期研究表明，乐蝉族（Sonatini）的斑透翅蝉 Hyalessa maculaticollis 和网蝉蝉族（Polyne-urini）的胡蝉 Graptopsaltria tienta 及黑胡蝉 G.   nigrofuscata 成虫的贮菌体中也存在YLS。

图1 斑透翅蝉及贮菌体的共生菌组成与分布

研究团队通过对乐蝉族和网翅蝉族的共生菌进行系统研究，揭示出YLS在这两个类群的成虫贮菌体中普遍存在（图1）；贮菌体最初应与脂肪体一样，是半翅目头喙亚目昆虫的重要免疫器官，但在长期进化中逐渐演变为专门容纳专性共生菌的含菌器官； Sulcia 的基因组虽然保守稳定，但其16S rRNA基因在乐蝉族等部分类群中发生变异（图2上）；由线虫草属（ Ophiocordyceps ）致病性真菌演化而来共生菌YLS，其系统发育仅在部分类群与宿主系统发育关系一致，但整体上差异显著，表明YLS在进化过程中分别感染了蝉科不同类群的祖先，而后又发生新的分化；在蝉科昆虫进化中，YLS取代 Hodgkinia 及YLS相互替代不断发生（前者至少6次、后者至少7次）（图2下），这应与蝉科昆虫长期在地下生活（可长达十多年）且成虫期非常短暂（仅数周）相关——土壤环境有助于它们反复感染、招募微生物，并与相关微生物建立共生关系。该研究为进一步解析生境、习性不同的刺吸式口器昆虫与共生菌协同进化提供了新信息。

图2 宿主昆虫与共生菌 Suclia （上）和YLS（下）的系统发育关系比较

该研究得到国家自然科学基金项目资助（Grant numbers 32270496, 32070476）。

原文链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/aem.01373-23

编辑：刘小凤

审核：郭   军