教学科研

林学院研究团队在松材线虫病灾变机制与可持续防控技术研究中取得新进展

  近日,我院森林保护学科博士生葛思勋在农林科学一区期刊《Insect Science》上发表论文Cradle for the newborn Monochamus saltuarius: Microbial associates to ward off entomopathogens and disarm plant defense,阐述刻槽微生物群落抑制昆虫病原菌并促进松材线虫媒介昆虫云杉花墨天牛初孵幼虫定殖。

 

  云杉花墨天牛Monochamus saltuarius是一种重要的林木钻蛀性害虫,在直接危害针叶树的同时,作为松材线虫Bursaphelenchus xylophilus媒介昆虫,使得松材线虫病在林间传播与扩散,对林业经济与森林生态系统造成了极大危害。该天牛所隶属的沟胫天牛亚科Lamiinae,具有独特的刻槽产卵习性,被认为在定殖寄主初期的适应性中发挥重要作用(图1)。近年来,关于刻槽参与天牛共生菌子代垂直传播及影响天牛种内竞争的相关研究已有报道,但刻槽中的微生物群落组成及其在天牛初孵幼虫寄主适应上所起的作用仍研究较少。

  

  通过与未受天牛影响的韧皮菌群进行对比,本研究明确了云杉花墨天牛刻槽产卵行为显著改变了刻槽中细菌的群落组成。寄主韧皮部中大量存在的沙雷菌属Serratia OTU231在天牛刻槽中的丰度受到显著抑制),通过进一步分子鉴定与致病性试验,该OTU被鉴定为粘质沙雷氏菌Serratia marcescens,并被证明对云杉花墨天牛幼虫具有高致死性。

  

  该研究通过宏转录组分析发现,刻槽菌群与分泌物菌群分别表达了不同植物次生代谢物降解相关基因。表明在二者共同作用下,可能提高对植物次生代谢物的降解效率。在体外培养和降解实验中明确了刻槽微生物群落相比正常韧皮微生物群落,可显著降解两种单萜及两种黄酮类化合物。对刻槽进行消毒处理后,初孵幼虫的初期体重增长受到明显抑制。

 

 刻槽菌群体外降解植物次生代谢物

 

  该研究证明了云杉花墨天牛通过刻槽产卵行为塑造了独特的刻槽微生物群落,在该群落中的昆虫病原菌丰度受到明显抑制,并提供了更强的植物次生代谢物降解能力,从而提高了初孵幼虫适应寄主的能力。

  

  北京林业大学林学院博士生葛思勋为论文第一作者,宗世祥教授及任利利博士为论文通讯作者。本研究受到国家重点研发计划“松材线虫病灾变机制与可持续防控技术研究” (2021YFD1400900)的支持。

 

  论文信息:Ge, S. X., Li, J. X., Jiang, Z. H., Zong, S. X. and Ren, L. L. (2022) Cradle for the newborn Monochamus saltuarius: Microbial associates to ward off entomopathogens and disarm plant defense. Insect Science,  doi:10.1111/1744-7917.13148.