节肢动物共生菌Cardinium的研究概况

节肢动物共生菌Cardinium的研究概况庞淑婷,江婷婷,汪亮,施祖华3(浙江大学昆虫科学研究所,杭州310029)摘要:共生菌在节肢动物中普遍存在,与寄主形成互惠共生关系,协同进化、相互依赖、相互影响,对寄主的生长、生殖等方面具有特殊的作用。

Cardinium是最近定名的、在节肢动物中广泛分布的一种共生菌,可以通过诱导细胞质不亲和、孤雌生殖和雌性化等方式调控寄主生殖,改变寄主适应性,以利于其分布和传播。

本文综述了Cardinium研究的基本概况,并对其应用前景进行了展望。

关　键　词:Cardinium;共生菌;细胞质不亲和;孤雌生殖;雌性化中图分类号:Q14312;Q93911　文献标识码:A　文章编号:100529261(2010)022******* An Overvie w of R esearch on Symbiont Cardinium in ArthropodPANG Shu2ting,J I ANG T ing2ting,W ANGLiang,SHI Zu2hua3(Institute of Insect Sciences,Zhejiang University,Hangzhou310029,China)Abstract:Symbionts are very comm on in arthropods and play a crucial role in the ecology and ev olution of their hosts.They symbiose with hosts,affect the growth and propagation of hosts,and benefit from each other.Cardinium is a recently described bacterium from the Bacteroidetes group,widely distributed in arthropods.It is inv olved in diverse reproduction alterations of its hosts,including cytoplasmic incom2 patibility,parthenogenesis and feminization.The paper reviewed the researh progress and potential appli2 cations of Cardinium.K ey w ords:Cardinium;symbionts;cytoplasmic incom patibility;parthenogenesis;feminization共生菌广泛分布于节肢动物中,可以影响寄主生态互作,供给寄主食物中缺乏的营养,调控寄主生殖方式,对寄主的生态学和进化具有重要意义[1,2]。

昆虫中的共生菌根据其在寄主体内的分布和与寄主的进化关系可以划分为两类,原生共生菌和次生共生菌。

原生共生菌分布于特化的寄主昆虫细胞———含菌细胞内,一种昆虫只有一种原生共生菌。

次生共生菌与共存的原生共生菌相比,感染寄主的历史较短,和寄主的协同进化关系更短暂、更松散,除分布于含菌细胞,还分布于寄主多种细胞内;一种昆虫可以有多种次生共生菌[3]。

与节肢动物密切相关的次生共生菌有Wolbachia、Cardinium、Ar senophonus和Spiroplasma收稿日期:2009210213基金项目:国家“十一五”科技支撑计划项目(2008BADA5B06,2006BAD08A02)作者简介:庞淑婷(1985-),博士研究生,E2mail:s ophy5069@1631com;3通讯作者,E2mail:zhshi@。

712ixodetis等[4]。

其中Cardinium hertigii是2004年Z chori2Fein等[5]根据该菌的16S rRNA基因序列(AY331187)、gyr B基因序列(AY332003)和超微结构而定名的一种共生菌。

它属于革兰氏阴性菌,隶属于拟杆菌门,鞘氨醇杆菌纲,鞘氨醇杆菌目,屈挠杆菌科。

该菌有一个显著特征,即胞内具有明显的微丝状结构,例如Z chori2Fein等[6]和Hunter等[7]分别在恩蚜小蜂(Encar sia per2 gandiella)中发现的共生菌、Weeks等[8]在西方盲走螨(Metaseiulus occidentalis)体内发现的共生菌、以及在其他节肢动物中发现的共生菌[9～12]也都有这种明显的结构,表明这种共生菌可能具有广泛的寄主范围。

已有研究证明Cardinium可以改变其节肢动物寄主生殖方式及生殖力[13]。

本文综述了近年来关于Cardinium的研究概况,重点介绍了Cardinium对寄主生殖的影响,并展望了其在害虫防治和益虫利用中的应用前景。

1　Cardinium的形态和分布111　Cardinium的形态Cardinium呈杆状,最显著的形态特征就是胞内平行排列的微丝状结构(microfilament2like structures,M LS)[5],也有人称为微管状结构(microtubule2like structures)[14]。

微丝状结构大部分与细胞纵向垂直,呈整齐平行排列,约跨越细胞的一半,而有的则连接细胞的两侧,少数M LS 位于细胞底端(图1)。

Cardinium个体大小差异很大,长度0142～2135μm,宽度0131～0166μm[5]。

a.Encar sia hispida滤泡细胞内的Cardinium;b2d.有性生殖E.pergandiella滋养细胞内的Cardinium;e. E.hispida卵母细胞内的Cardinium;箭头所指的即为微丝状结构;I.卵母细胞内充满脂质的液泡;m.线粒体;p.蛋白质。

标尺0125μm。

a.Bacteria in a follicle cell of E.hispida;b2d.Bacteria in sexual E.pergandiella nurse cells;e.Bacteria in an E.hispida oocyte; Arrowheads point to the m icrofilament2like structures;I.Lipid2filled vacuoles in the oocyte;m.M itochondrion;p.Protein;Bars,0125μm.图1　电子显微镜下Encarsia寄生蜂卵巢内的Cardinium[5]Fig.1　E lectron micrographs of Cardinium in ovaries of Encarsia p arasitoid w asps[5] 812　第2期 庞淑婷等:节肢动物共生菌Cardinium的研究概况 112　Cardinium的分布Cardinium在节肢动物中广泛存在,寄主包括膜翅目、同翅目昆虫及螨类和蜘蛛类等蛛形纲动物[13,15～17],在样本中的感染率约为6%～712%。

在 E.pergandiella、黄蚜小蜂(Aphytis sp.)、常春藤圆盾蚧(Aspidiotus nerii)以及紫红短须螨(Brevipalpus phoenicis)中均能检测到Car2 dinium。

在中国朱砂叶螨(Tetranychus cinnabarinus)的27个地理种群中,有6个种群检测出Car2 dinium,这6个种群同时也感染了Wolbachia[18]。

Cardinium不仅寄主范围广,而且在同一寄主内还可分布于不同的组织、器官。

在 E. hispida和E.pergandiella的卵巢滋养细胞、卵泡细胞和卵母细胞内均发现Cardinium[5],在短须螨(Brevipalpus)的表皮、复眼、卵母细胞、卵、盲肠上皮细胞和神经细胞等各个部位中也都能分离到Cardinium[14]。

Cardinium还存在于葡萄带叶蝉(Scaphoideus titanus)的脂肪体中[19],可能参与代谢作用。

Cardinium的浓度在寄主的不同部位也存在明显差异,例如在Plagiomerus dias2 pidis(一种四索跳小蜂)卵巢原卵区就明显高于滤泡细胞和成熟卵[20]。

2　Cardinium的检测技术目前对Cardinium的检测技术已比较成熟。

首先提取样本的DNA,利用根据已知的Car2 dinium16S rDNA序列设计的特异引物Car2sp2F(5’2CGG CTT ATT AAG T C AG TTG TG AAAT CCT AG2 3’)和Car2sp2R(5’2T CCTT CCT CCCG CTT AC ACG23’),进行PCR扩增;反应体积为20μl,包括dNTP各0116mm ol/L,引物各015mm ol/L,015U Taq酶,2μl DNA模板以及1×bu ffer;反应条件为95℃1min;95℃30s,57℃30s,72℃1min,扩增35个循环;最后72℃延伸5min[21];然后取适量PCR产物,用110%的琼脂糖凝胶电泳检测,最后在凝胶成像系统下观察结果,即可检测出样本中是否存在Cardinium。

3　Cardinium对寄主生殖的影响Cardinium伴随着雌虫的繁殖通过卵传给子代,但不能通过父本传播,这在寄生蜂E.per2 gandiella中已通过杂交试验得到证实[22]。

透射电镜显示在葡萄带叶蝉胚胎和若虫的卵巢原始细胞中都发现了Cardinium,表明Cardinium经卵巢垂直传播;另外还在葡萄带叶蝉卵巢顶端发现了含有大量Cardinium的类噬菌体[19],这些类噬菌体可能在共生菌的传播中起重要作用。

Cardinium感染可以影响寄主的生殖力[8,22],还可通过调控寄主生殖方式来增加寄主感染率。

研究发现,Cardinium能引起雌性化[22];导致某些种群细胞质不亲和[7];诱导孤雌生殖[5,6,24]。

Wolbachia除了这3种功能外,还能造成雄性死亡,但在Cardinium中,至今还没有发现这个功能。

311　细胞质不亲和性(Cytoplasic I ncompatibility,CI)细胞质不亲和是指感染雄虫与未感染雌虫或与感染不同Cardinium品系的雌虫之间出现生殖隔离或生殖力下降的现象[7]。

感染雄虫会通过不成功交配降低未感染雌虫的适应性。

至今已报道Cardinium感染能引起E.pergandiella[5,7]、桑始叶螨(Eotetranychus suginamensis)[25]和苔螨(Bryobia sarothamni)[26]的细胞质不亲和。