4月27日，華中農大植物科學技術學院園藝與城市昆蟲研究張宏宇教授團隊 在PLoS Pathogens在線發表題為“Gut microbiota promotes host resistance to low-temperature stress by stimulating its arginine and proline metabolism pathway in adult Bactrocera dorsalis”的研究論文，首次報道了橘小實蠅（拉丁名：Bactrocera dorsalis）的腸道微生物，尤其是共生菌Klebsiella michiganensis通過對宿主精氨酸和脯氨酸代謝通路的調控，在維持橘小實蠅抗寒能力的過程中發揮了關鍵作用。
一些外來入侵生物對溫度、甚至極端溫度條件具有快速適應能力，以適應新的環境而定殖擴張。橘小實蠅是國際上一種重要的檢疫性、入侵害蟲，目前已在我國成為一種毀滅性園藝作物害蟲。其對冷脅迫也表現出較強的適應能力，然而其內在機制很不清楚。
Fig. Gut microbiota promotes the median survival time of B. dorsalis under low-temperature
研究團隊通過桔小實蠅腸道微生物的清除與共生菌Klebsiella michiganensis的回補實驗，首先證明了腸道微生物對於維持桔小實蠅對冷脅迫（10˚C）的耐受能力（壽命）至關重要，而且共生菌Klebsiella michiganensis發揮了關鍵作用。進一步研究，通過代謝組和轉錄組關聯分析和功能研究，發現在冷脅迫下，腸道微生物清理組宿主的脯氨酸和精氨酸代謝產物的相對含量顯著下降，精氨酸和脯氨酸代謝通路表達顯著下調，且該代謝通路相關的線粒體結構與功能被破壞；而共生菌回補處理能顯著回升脯氨酸和精氨酸的水平，上調精氨酸和脯氨酸代謝通路表達，且維持了線粒體結構與功能。同時，針對精氨酸和脯氨酸代謝通路的關鍵基因——Pro-C 和 ASS——的RNAi處理也顯著降低了橘小實蠅在低溫下的存活時間。
研究結果揭示了腸道菌群通過調控宿主橘小實蠅的精氨酸和脯氨酸代謝途徑，促進宿主對低溫脅迫的抵抗能力。該研究成果對闡述昆蟲的寒冷適應性反應分子機制具有重要的科學意義，也有利於理解橘小實蠅對冷脅迫的適應和生物入侵機制，為基於腸道微生物的橘小實蠅防控思路提供了理論依據。
植科學院博士研究生生Muhammad Fahim Raza為論文第一作者，張宏宇教授為論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家現代農業（柑橘）產業技術體系、國家重點研發計劃等項目的資助。
原文來源：
https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1008441
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