榕小蜂体内噬菌体WO的感染格局及其与重寄主昆虫mtDNA变异的关联

摘要

Wolbachia是母系遗传的胞内共生菌，在节肢动物和线虫中广泛存在，能够侵染大约20-76％的节肢动物。Wolbachia能对寄主昆虫进行生殖调控。噬菌体是生物圈中最丰富的生物体，并且在细菌的基因组进化中起着非常重要的角色。温和噬菌体WO自2000年被首次发现以来，一直备受关注。作为胞内细菌的Wolbachia，因受其生活方式的限制，通常认为不会或者不容易感染噬菌体，但是噬菌体WO在Wolbachia中的分布超过89％。多数的感染噬菌体WO的Wolbachia表现出较低数目的噬菌体类型，约有85％的Wolbachia只存在一种或者是两种噬菌体类型。
　　昆虫寄主-Wolbachia-WO这三者是研究节肢动物、细菌与病毒关系的一个很好的模式之一。而明确噬菌体WO和Wolbachia的系统发育关系是认识这个系统以及利用的基础。前人在Drosphila simulans、 Ephestia kuehniella、Nasonia vitripennis、Culex pipens和Gryllus pennsylvanicus等一系列昆虫上都对Wolbachia与噬菌体WO系统发育关系进行了研究，发现Wolbachia与噬菌体WO之间并没有系统发育关系的一致性。这也就暗色了噬菌体WO在不同的Wolbachia之间进行水平转移的普遍性。
　　以前对噬菌体WO重寄主的研究均是局限在开放和半开放环境中，而在封闭环境中的重寄主噬菌体感染格局还尚未有相关报道。为了研究生活在在封闭环境中昆虫体内噬菌体WO的感染情况以及与Wolbachia的系统发育关系，选取榕小蜂为研究材料进行研究。榕树和榕小蜂体系是研究互利共生系统的起源与进化、资源竞争、共生体系稳定机制等理论的经典模式之一。榕小蜂中Wolbachia的感染率为59％-67％，明显高于其它昆虫。
　　本文通过对3种榕果、23个榕小蜂物种、1406头榕小蜂进行研究，得到以下几个主要结果:
　　(1)榕小蜂体内Wolbachia的感染率很高，种间感染率为83％，Wolbachia体内噬菌体WO的感染率较低，其种间感染率为39％，并且噬菌体的WO的感染类型比较单一;(2)榕小蜂体内噬菌体WO与Wolbachia及噬菌体WO与昆虫重寄主榕小蜂之间并没有系统发育关系的一致性;(3)基于噬菌体orf7基因建树分析，WO表现出重寄主的“寄主专一性”;(4)榕小蜂体内Wolbachia和噬菌体WO存在频繁的水平传播现象;(5)噬菌体WO的存在与否对重寄主榕小蜂线粒体基因有明显的影响。
　　榕小蜂体内的Wolbachia具有很高的感染率，而且感染株系较为复杂;噬菌体WO表现出较高的感染率和较为单一的感染类型，造成这种现象的原因值得思考。通过建树分析，榕小蜂体内的噬菌体WO单独聚在一支上，表现出其“重寄主特异性”，并且这种特异性与重寄主昆虫的类别并无直接关系，造成这种现象的主要原因很可能是因为榕小蜂特殊的生活环境。
　　通过对榕小蜂内Wolbachia与榕小蜂、噬菌体WO与Wolbachia以及噬菌体WO与昆虫寄主榕小蜂的的系统发育对应树分析发现，三者之间并没有系统发育关系的一致性，表明榕小蜂体内的Wolbachia与噬菌体WO都可能存在明显的水平转移现象。进一步假设了榕小蜂内Wolbachia和WO可能的水平传播路线并进行讨论，由此导出了WO的水平传播的路线以及Wolbachia的水平传播对噬菌体WO的水平传播的影响，认为Wolbachia的水平传播既独立于WO的水平传播又可以加速WO的水平传播，为研究WO的水平传播提供了合理的解释。
　　本文成功筛选了两种在一种重寄主中同时存在三种Wolbachia和WO感染模式的小蜂:第一类是未感染Wolbachia未感染噬菌体WO个体;第二类是感染Wolbachia未感染噬菌体WO个体;第三类是感染Wolbachia同时感染噬菌体WO个体。通过对不同模式的小蜂线粒体基因的研究发现，不论是否感染Wolbachia，感染和未感染噬菌体WO的重寄主的mtDNA聚在两个大支上，表现出明显的差别。这个结果表明噬菌体WO的存在与其重寄主线粒体基因变异有关联，尽管关联机制还不明确。