在昆虫与寄主植物的长期共同进化过程中，寄主植物产生了对昆虫的抗性，而昆虫也进化出了对寄主植物的适应性。在昆虫与寄主植物的相互作用过程中，微生物群落广泛地在昆虫（例如，肠道）和植物中定殖。这些微生物通过向宿主提供必需的营养物质和帮助抵抗植物防御反应，在调节植物−昆虫相互作用中发挥着关键作用。
发表在《Plant，Cell & Environment》上的一篇文章“Diffusive Phyllosphere Microbiome Potentially Regulates Harm and Defence Interactions Between Stephanitis nashi and Its Crabapple Host”，以梨冠网蝽与其寄主海棠为研究对象，发现了梨冠网蝽与其寄主海棠之间的微生物扩散效应，并揭示了微生物在调控昆虫适应性和植物防御反应中的潜在作用。
一、研究背景
梨冠网蝽（Stephanitis nashi）是一类对农林生产具有重要影响的害虫，频繁侵害各类园林植物与果树，引发严重损害。不过，关于梨冠网蝽在适应不同寄主植物的进程中，其体内微生物群落会发生怎样的变化，以及这些变化会产生何种功能效应，目前尚未明晰。
二、研究思路
三、主要结果
1、微生物群落组成和影响因素
PCoA显示了S. nashi和相邻环境样本之间微生物群落的显著差异（图1a）。土壤样本、昆虫样本以及叶际和粪便样本，出现了三个不同的群体，体现出各自微生物群落的实质性差异。此外，CCA阐明了影响S. nashi和相邻植物环境中细菌微生物群的关键因素（图1b），即昆虫发育阶段、细菌扩散阶段和内共生体种类数量和丰度（如Frankia、Wolbachia、Rickettsia和Ralstonia）是导致S. nashi及其邻近植物环境中细菌群落变化的主要因素。
2、受损和健康海棠宿主的微生物组组装不同
Alpha多样性分析表明，根际和叶际细菌对S. nashi的侵害反应不同（图1c-d）。根际细菌群落结构无明显变化，叶际细菌群落结构有显著变化。例如，在属水平上，Frankia显著增加，而Bradyrhizobium和Sediminibacterium在S. nashi侵害后相对丰度下降；当然，仍有一些未受影响的细菌，如Phyllobacterium（图1g-j）。Circos图直观地展示了受损和健康海棠在纲和属水平上的细菌差异程度（图2）。
通过Heat tree分析证明受损和健康海棠的细菌群落的分类学差异，揭示了细菌之间的进化关系和一些不太明显的细菌相对丰度的差异（图2c）。
3、S. nashi中微生物与邻近植物环境之间的广泛相关性和扩散效应
Venn分析揭示了不同发育阶段和不同环境样品类型中存在的独特细菌。回归分析证实了细菌群落丰富度和均匀度与细菌从SnN、SnA、FSn到PSnP的扩散阶段呈显著正相关（图3b,c）。这些发现表明，S. nashi的微生物与相邻植物环境之间存在广泛的关联和扩散。同时，网络分析进一步强调了微生物群落的复杂性，以及S. nashi与其环境栖息地之间以及不同植物环境中潜在的合作作用。
4、S. nashi侵害后海棠属寄主的代谢反应变化
代谢组结果表明，受损（LSnP）和健康（LSnF）的海棠样本在其各自的样本类型中表现出显著的聚类，而在不同的样本类型之间显得分散，表明两种样本类型的代谢反应存在显著差异。在QC后，共鉴定出2907种代谢物，其中430种为特异性鉴定（图4c)，265种在受损海棠中与健康海棠相比上调，165种下调。
5、叶际微生物群可能调节S. nashi与其海棠属宿主之间的伤害和防御相互作用
对海棠叶中的叶际细菌和代谢物进行了关联分析，以了解叶际微生物群在调节S. nashi与其海棠宿主之间的伤害和防御中的作用。CCA揭示了细菌和代谢样本之间广泛的相关性（图5a）。此外，使用Pearson相关分析建立了细菌和代谢物之间的特定相关性（图5c）。11个细菌属与27个类别的94种代谢物表现出显著的正相关或负相关。
综上，该研究调查了微生物组组装，并阐明了S. nashi和相邻植物环境中的细菌差异和扩散效应，揭示了由S. nashi损伤引起的叶际细菌和植物代谢反应的变化。这些结果强调了细菌微生物群在昆虫适应和植物防御中的重要性，为理解植物−昆虫−微生物相互作用提供了新的视角。
凌恩 紧跟CNS研究新方法，升级了多组学联合分析内容，可提供10+种不同的联合分析思路，30+项分析结果。凌恩 将为您提供“多组学数据联合”一站式分析体系，助力高效发现关键biomarker！
往期回顾
参考文献
Diffusive Phyllosphere Microbiome Potentially Regulates Harm and Defence Interactions Between Stephanitis nashi and Its Crabapple Host. Plant, Cell & Environment, 2025.