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PNAS | 沈阳农业大学栾军波团队揭示白粉虱“加固铠甲”新机制:共生细菌与植物病毒联手抵御真菌天敌

2026-06-19 15:51:59

在自然界中，昆虫体内往往并不是只有自己，而是生活着大量微生物。它们有些是必须依赖的共生菌，有些是可有可无的次级共生菌，还有些则是昆虫传播的植物病毒。过去人们通常把这些微生物分开研究：共生菌如何影响昆虫营养和繁殖，植物病毒如何借助昆虫传播，病原真菌如何感染昆虫。

但在真实生态系统中，这些关系往往是同时发生的。对于农业害虫来说，一个关键问题是：昆虫体内的共生微生物和它传播的植物病毒，是否会反过来帮助昆虫抵御天敌，从而增强害虫适应性？

近日，沈阳农业大学栾军波团队联合中国科学院分子植物科学卓越创新中心王成树团队等，在 PNAS 发表题为《A bacterial symbiont and a plant virus enhance insect fitness by inducing physical defenses against fungal parasites》的研究论文。该研究发现，烟粉虱体内的共生细菌 Rickettsia 和植物双生病毒 TYLCV，能够通过不同机制共同促进粉虱表皮形成，增强其对昆虫病原真菌的抵抗力。

核心内容总结

本研究围绕“微生物如何帮助白粉虱抵御真菌天敌”这一问题展开。研究发现，在中国田间烟粉虱种群中，Rickettsia 和双生病毒感染与病原真菌感染呈负相关，而 Rickettsia 与双生病毒之间呈正相关。

进一步机制研究表明，TYLCV 主要通过激活几丁质合成通路，提高粉虱表皮几丁质含量，使表皮更厚；而 Rickettsia 则通过与必需共生菌 Portiera 代谢协作，提高苯丙氨酸、酪氨酸和 DOPA 水平，促进表皮蛋白和色素形成，使表皮更厚、更深、更坚固。

最终，两类完全不同的微生物——一种植物病毒和一种细菌共生体——通过不同分子路径，汇聚到同一个结果：强化粉虱表皮这道物理屏障，从而抵御白僵菌等病原真菌感染。

核心发现：共生细菌和植物病毒如何帮助白粉虱“披上铠甲”？

1.田间调查发现：Rickettsia 和双生病毒与真菌感染呈负相关

研究团队首先在中国多个地区开展田间调查，连续监测 2022—2024 年烟粉虱种群中双生病毒、Rickettsia 和病原真菌的感染情况。

结果显示，田间烟粉虱主要为 MED 隐种；双生病毒感染样本中主要检测到番茄黄化曲叶病毒 TYLCV；病原真菌中则以白僵菌 Beauveria bassiana 为主。

更重要的是，Rickettsia 或双生病毒感染率越高的粉虱种群，病原真菌感染率往往越低；而 Rickettsia 与双生病毒之间则呈正相关。这说明在自然种群中，共生细菌、植物病毒和病原真菌之间并不是独立存在，而可能存在复杂的互作关系。

2.实验室种群验证：TYLCV 和 Rickettsia 都能抑制真菌感染

为了验证田间相关性是否具有因果关系，研究团队在实验室构建了不同感染状态的粉虱种群，并用白僵菌进行感染。

结果显示，在没有 Rickettsia 的粉虱中，携带 TYLCV 的个体真菌感染率和真菌载量更低；在携带 Rickettsia 的粉虱中，TYLCV 同样能够进一步降低白僵菌感染水平。

随后，研究人员单独比较 Rickettsia 的作用，发现携带 Rickettsia 的粉虱在多代培养中真菌感染率更低，体内白僵菌载量也更低。这说明 Rickettsia 本身就能显著增强粉虱抗真菌能力，而 TYLCV 则提供了额外保护。

3.Rickettsia 提高繁殖力，TYLCV 和 Rickettsia 共同降低真菌致死

研究团队进一步检测这两类微生物对粉虱适合度的影响。结果发现，Rickettsia 对粉虱繁殖力的促进作用非常明显，无论粉虱是否携带 TYLCV，Rickettsia 都能显著提高产卵量。

相比之下，TYLCV 对产卵量的影响更依赖寄主植物，在部分条件下能提高粉虱繁殖力。更有意思的是，Rickettsia 还能提高粉虱获取和传播 TYLCV 的能力，这可能解释了田间二者为何呈正相关。

在病原真菌感染条件下，携带 TYLCV 或 Rickettsia 的粉虱死亡速度更慢；当二者共同存在时，粉虱对病原真菌的抵抗力进一步增强。这说明植物病毒和共生细菌不仅影响传播和繁殖，还能帮助昆虫抵御天敌。

4.TYLCV 通过促进几丁质合成加厚粉虱表皮

那么，TYLCV 如何增强粉虱抗真菌能力？研究团队将注意力放到昆虫表皮。昆虫病原真菌感染宿主时，首先要突破表皮这道物理屏障，而表皮中的几丁质是关键结构成分。

研究发现，携带 TYLCV 的粉虱中，几丁质合成相关基因 BtTre1 和 BtCHS 表达升高，体内几丁质含量增加。透射电镜进一步显示，带毒粉虱的表皮几丁质层更多，表皮厚度明显增加，体色也更深。

当研究人员沉默 BtTre1 或 BtCHS，或者用海藻糖酶抑制剂阻断几丁质合成后，粉虱几丁质含量下降，表皮变薄。这说明 TYLCV 能够通过激活几丁质合成通路，帮助粉虱加固表皮。

5.Rickettsia 通过代谢协作促进苯丙氨酸和酪氨酸合成

与 TYLCV 不同，Rickettsia 主要作用于另一条表皮形成路径：芳香族氨基酸代谢。粉虱必需共生菌 Portiera 能参与氨基酸合成，但部分关键步骤需要宿主或其他共生体补充。

研究发现，Rickettsia 编码的 TyrB 酶与粉虱自身 BtGOT2 具有相似催化功能，并且 Rickettsia TyrB 的体外催化能力更强。携带 Rickettsia 的粉虱中，苯丙氨酸、酪氨酸和 DOPA 含量明显升高。

这些物质正是表皮蛋白、色素沉积和硬化的重要原料。透射电镜显示，携带 Rickettsia 的粉虱表皮厚度显著增加，体色也更深。进一步沉默 Rickettsia TyrB 后，粉虱苯丙氨酸含量下降，表皮厚度明显降低。说明 Rickettsia 通过与 Portiera 代谢协作，促进粉虱表皮硬化和形成。