近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院洪曉月教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然?通訊》（Nature Communications）發(fā)表了題為 “Wolbachia enhances ovarian development in the rice planthopper Laodelphax striatellus through elevated energy production”的研究論文，深入解析內(nèi)共生菌Wolbachia（沃爾巴克氏體）通過(guò)合成核黃素來(lái)調(diào)控宿主能量代謝，進(jìn)而加速卵巢成熟、增強(qiáng)宿主繁殖力的分子機(jī)制。研究明確了營(yíng)養(yǎng)供給在內(nèi)共生關(guān)系維持中的關(guān)鍵作用，為進(jìn)一步理解內(nèi)共生菌與宿主間的代謝互作提供了全新視角。

內(nèi)共生菌Wolbachia廣泛寄生于節(jié)肢動(dòng)物體內(nèi)。它既能通過(guò)營(yíng)養(yǎng)互利的方式助力宿主生長(zhǎng)，又能憑借生殖操控手段，清除不利于自身傳播的宿主個(gè)體。然而，其促進(jìn)宿主生長(zhǎng)的分子機(jī)制至今尚不明確。本團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，水稻害蟲(chóng)灰飛虱體內(nèi)的Wolbachia株系wStri不僅能誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生胞質(zhì)不相容現(xiàn)象，還可顯著提高雌蟲(chóng)的產(chǎn)卵量。

本研究通過(guò)觀(guān)察感染與未感染Wolbachia的灰飛虱在整個(gè)產(chǎn)卵周期內(nèi)的產(chǎn)卵表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)Wolbachia提高產(chǎn)卵量的關(guān)鍵機(jī)制之一，它能夠加速初羽化雌蟲(chóng)的卵巢發(fā)育，促使它們更早產(chǎn)卵，并提前迎來(lái)產(chǎn)卵高峰期。轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果顯示，Wolbachia能系統(tǒng)性激活宿主的能量代謝通路，為卵巢發(fā)育以及卵母細(xì)胞的成熟提供能量支持。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Wolbachia通過(guò)提升初羽化雌蟲(chóng)線(xiàn)粒體復(fù)合體I的活性，增強(qiáng)了氧化磷酸化的效率，進(jìn)而提高了卵巢發(fā)育階段線(xiàn)粒體的產(chǎn)能。而抑制線(xiàn)粒體產(chǎn)能，則會(huì)明顯干擾卵巢發(fā)育，這充分說(shuō)明Wolbachia是通過(guò)增強(qiáng)初羽化灰飛虱的產(chǎn)能，來(lái)推動(dòng)卵巢發(fā)育的。

基因組測(cè)序結(jié)果表明，Wolbachia菌株wStri擁有完整的核黃素與生物素合成通路。其中，核黃素作為復(fù)合體I的關(guān)鍵輔酶，在灰飛虱卵巢發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。研究人員將Wolbachia轉(zhuǎn)染至sf9細(xì)胞系后，驚喜地發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)核黃素含量大幅提升，線(xiàn)粒體的產(chǎn)能也顯著增加。不僅如此，對(duì)于未感染Wolbachia的灰飛虱，在補(bǔ)充核黃素后，其產(chǎn)能水平與卵巢發(fā)育狀態(tài)均得到明顯恢復(fù)，這一現(xiàn)象充分證明了Wolbachia提供的核黃素對(duì)于灰飛虱卵巢發(fā)育的重要意義。進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，Wolbachia還會(huì)通過(guò)調(diào)控宿主的核黃素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白slc52a3a，來(lái)影響核黃素在灰飛虱卵巢發(fā)育中的作用。當(dāng)在五齡若蟲(chóng)階段干擾slc52a3a的表達(dá)后，初羽化雌蟲(chóng)的卵巢發(fā)育受到顯著抑制。

綜上，Wolbachia一方面為宿主提供核黃素，另一方面調(diào)控宿主核黃素轉(zhuǎn)運(yùn)基因slc52a3a的表達(dá)。通過(guò)核黃素對(duì)線(xiàn)粒體電子傳遞鏈?zhǔn)┘佑绊懀诼殉舶l(fā)育階段提升宿主的產(chǎn)能，從而推動(dòng)宿主卵巢發(fā)育，讓灰飛虱宿主能更早進(jìn)入產(chǎn)卵期，最終增強(qiáng)了宿主的繁殖能力，解析了共生菌助紂為虐的深層次機(jī)制。研究成果是在團(tuán)隊(duì)前期發(fā)表在ISME Journal、Molecular Ecology、Microbiome、Current Biology等雜志上相關(guān)成果基礎(chǔ)上的又一重要發(fā)現(xiàn)，為深入探究共生菌與宿主昆蟲(chóng)復(fù)雜的分子互作機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

成果由洪曉月教授團(tuán)隊(duì)獨(dú)立完成，博士生牛躍迪為論文第一作者，邴孝利副教授和洪曉月教授為論文通訊作者，實(shí)驗(yàn)室研究生范啟航、王子涵、王夢(mèng)珂、趙殿樹(shù)、王夢(mèng)茹和吳冰璇等參與了研究工作。該研究獲海南省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和重點(diǎn)國(guó)際（地區(qū)）合作研究項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-67660-1