10月11日，我院邵勇奇课题组在PNAS期刊正式发表题为“Gut bacteria of lepidopteran herbivores facilitate digestion of plant toxins”的学术论文。该工作以中国特色蚕桑系统为研究模型，提供了鳞翅目昆虫肠道微生物帮助宿主降解植物防御性次级代谢产物的直接证据，并揭示了其分子作用机制。本研究为后续利用有益微生物提升特种经济动物家蚕的经济性状提供了重要参考。同时，这一发现也有望为农业害虫的生物防治策略提供新思路。
研究者探究了桑树次级代谢产物1-脱氧野尻霉素（1-deoxynojirimycin，DNJ）对多种鳞翅目昆虫（家蚕、甜菜夜蛾、草地贪夜蛾、粘虫、小菜蛾、棉铃虫以及欧洲玉米螟）生长发育的影响，发现除专食性家蚕外，其余六种鳞翅目昆虫都受到了不同程度的抑制。通过高通量测序分析以及微生物培养组学，分离得到了DNJ饲喂后家蚕肠道内显著富集的细菌——黄褐假单胞菌（Pseudomonas fulva ZJU1），体外实验证实了该菌株具有高效降解DNJ的能力，并且添食P. fulva ZJU1后，饲喂DNJ的甜菜夜蛾生长有显著的恢复。
通过转录组测序与高分辨质谱分析，确定了P. fulva ZJU1降解DNJ的关键基因以及中间代谢产物。P. fulva ZJU1通过一系列氧化还原反应，将DNJ代谢为L-天冬氨酸半醛（L-Aspartate-4-semialdehyde），随后进入三羧酸循环进行能量代谢。进一步通过CRISPR-Cas9基因编辑技术验证细菌关键基因的功能，结果表明，突变株ΔilvB（Thiamine pyrophosphate-binding protein）丧失了降解DNJ的能力。Biacore技术确定了该蛋白在胞内起结合DNJ的作用。饲喂ΔilvB突变株的昆虫生长受到DNJ抑制，证实肠道内由共生细菌介导的植物防御性次生代谢物降解。有趣的是，从桑叶中分离的多株假单胞菌都可以降解DNJ，推测昆虫宿主从植物获得细菌来抵御有毒的植物次级代谢产物，类似于中国古代《韩非子》书中的哲学思想“以子之矛，攻子之盾”。
浙江大学动物科学学院博士生张楠为论文第一作者，邵勇奇研究员为通讯作者。浙江大学化学系范杰教授参与研究工作。这项工作得到了国家自然科学基金、现代农业产业技术体系建设专项资金和浙江省自然科学基金资助。
论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2412165121
（邵勇奇课题组供稿）
科研与开发科
2024年10月23日