肠道微生物成橘小实蝇耐寒能力突破口

低温胁迫对线粒体结构和功能的影响

4月27日，美国公共科学图书馆-病原体首次报道了桔小实蝇的肠道微生物，特别是共生细菌米氏克雷伯氏菌，该细菌通过调节宿主体内精氨酸和脯氨酸的代谢途径，在维持桔小实蝇的抗寒性方面发挥关键作用。这项成果是由华中农业大学植物科学与技术学院的张洪宇教授团队完成的。

该报记者张洪宇介绍说，一些外来入侵生物对温度甚至极端温度条件有快速的适应能力，以适应新的环境并定居和扩张。桔小实蝇是世界上一种重要的检疫性入侵害虫，在我国已成为一种毁灭性的园艺作物害虫。对低温胁迫也表现出很强的适应性，但其内在机制尚不清楚。

通过对桔小实蝇肠道微生物的清除和共生细菌米氏克雷伯氏菌的互补实验，研究小组首次证明了肠道微生物对维持桔小实蝇对低温(10℃)的耐受性(寿命)至关重要，其*生细菌米氏克雷伯氏菌发挥了关键作用。

通过代谢组和转录组的相关分析和功能研究，发现在低温胁迫下，肠道微生物清除组宿主体内脯氨酸和精氨酸代谢物的相对含量显著降低，精氨酸和脯氨酸代谢途径的表达显著降低，与该代谢途径相关的线粒体结构和功能被破坏。然而，共生细菌补充治疗可以显著增加脯氨酸和精氨酸的水平，上调精氨酸和脯氨酸代谢途径的表达，并维持线粒体的结构和功能。

同时，RNAi处理精氨酸和脯氨酸代谢途径的关键基因(前C和ASS)也显著缩短了桔小实蝇在低温下的存活时间。

结果表明，肠道菌群通过调节宿主桔小实蝇精氨酸和脯氨酸的代谢途径，促进宿主对低温胁迫的抗性。研究结果对阐明昆虫冷适应反应的分子机制具有重要的科学意义，也有助于了解桔小实蝇对冷胁迫的适应和生物入侵机制，为基于肠道微生物的桔小实蝇防控提供理论依据。

相关论文信息:https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1008441