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南京农业大学发表最新科研成果:沃尔巴克氏菌调控稻飞虱繁殖的研究
来源:植虫菌研究进展   发布时间:2025-11-11 09:06
简述
“Wolbachia‑mediated reproductive manipulation in rice planthoppers”文章发表在《Crop Health》。

Wolbachia‑mediated reproductive manipulation in rice planthoppers”文章发表在《Crop Health》。稻飞虱是中国水稻重大害虫,含褐飞虱(Nilaparvata lugens)、灰飞虱(Laodelphax striatellus)、白背飞虱(Sogatella furcifera)三种,通过刺吸、产卵及传播病害危害水稻,且具备高繁殖力、长迁飞能力与抗药性,灰飞虱传播的麦类病毒病近年损失显著。


沃尔巴克氏菌(Wolbachia)是昆虫胞内共生菌,经母系垂直传播,可通过雄性致死、雌性化、孤雌生殖及细胞质不相容性(CI)调控宿主繁殖,本综述聚焦其与稻飞虱的互作,为害虫防治提供依据。


沃尔巴克氏菌对稻飞虱的繁殖调控差异


三种稻飞虱感染的沃尔巴克氏菌菌株特性差异显著:


wLug菌株:感染褐飞虱,感染率<50%,无CI效应,但能提高繁殖力,去除后褐飞虱产卵天数与雌虫繁殖力下降;


wStri菌株:感染灰飞虱,感染率99%,诱导完全CI且增强繁殖力,基因组含3个cifA-cifB基因(CI关键基因),转染褐飞虱后仍能诱导CI(强度降低),还可抑制水稻锯齿叶矮缩病毒传播;


wSfur菌株:感染白背飞虱,感染率90%,CI弱或无,对繁殖力影响小,且与共生菌Cardinium互作时,双重感染品系繁殖力低于未感染品系。


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CI相关关键因子


细菌因子


沃尔巴克氏菌在精子成熟早期修饰精子,致感染雄虫与未感染雌虫杂交的受精卵染色体分离异常、胚胎死亡;感染雌虫的沃尔巴克氏菌可“拯救”胚胎。关键因子CifA/CifB蛋白需协同作用(部分菌株单个CifB可诱导CI),其结构域突变会影响CI功能,目前有“毒素-解毒剂模型”(CifB有毒,CifA中和)与“宿主修饰模型”(Cif修饰配子)解释CI机制。


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宿主因子


灰飞虱中,细胞质氨肽酶样蛋白(CAL)与CI死亡相关;iLvE基因(支链氨基酸合成)下调致雄虫繁殖力下降,与CI生殖障碍有关;NDUFA8基因(NADH脱氢酶亚基)上调助于CI“拯救”,抑制后重现CI症状。


繁殖力调控机制


沃尔巴克氏菌通过两方面提高稻飞虱繁殖力:一是wStri、wLug菌株合成生物素、核黄素等B族维生素,为宿主提供必需营养;二是调控宿主生理,如上调卵黄原蛋白(Vg)表达、促进生殖细胞分裂、诱导卵巢滋养细胞凋亡,还可能通过影响miRNA与线粒体基因(能量代谢)调控繁殖。


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研究意义


该研究深化昆虫-微生物共生认知,为害虫防治提供新方向,如释放带特定菌株雄虫诱导CI抑制种群。未来需明确CI强度的宿主特异性、研究新CI因子,同时关注田间应用的抗性进化、非目标宿主传播等风险,推动其纳入综合防治体系。