由日本國立研究開發法人農業與食品產業技術綜合研究機構生物機能利用研究部門的大鷲友多研究員、陰山大輔組長助理和宮崎大學農學部植物生產環境科學科的安達鐵矢副教授等人組成的研究團隊發現，以粉蝨和薊馬等農業害蟲爲食的天敵昆蟲煙霧盲蝽廣泛傳染的共生細菌--立克次氏體，可使受傳染雌蟲繁殖後代的數量顯著增加。研究表明，立克次氏體等共生細菌的傳染狀況對煙霧盲蝽的高效繁殖非常重要，透過共生細菌最適化煙霧盲蝽的繁殖效率，就可以改進利用天敵昆蟲防治害蟲的技術。
圖1天敵昆蟲煙霧盲蝽（供圖：農研機構）
許多昆蟲活體內都含有共生細菌。共生細菌透過母子垂直度傳染的方式傳播，通常不會在傳染的個體之間水平傳播。一些共生細菌具有爲昆蟲提供營養或影響昆蟲的繁殖功能，如導致昆蟲不孕或性別比例失調。然而，人類對共生細菌的實際功能知之甚少，對許多共生細菌的功能仍然未知。解明其功能有望強化天敵昆蟲的功效，並可將其應用於害蟲防治。
煙霧盲蝽作爲掠食粉蝨和薊馬等害蟲的天敵昆蟲，被用於生產天敵製劑和本土化天敵已在各地推廣應用。目前已在煙霧盲蝽活體內發現了立克次氏體和沃爾巴克氏菌等共生細菌。在日本各地採集到的煙霧盲蝽個體的立克次氏體感染率爲21%～96%，資料因地區而異。而立克次氏體的功能此前並未得到明確。
研究團隊將傳染立克次氏體的品系和透過抗生素去除立克次氏體的非傳染品系的雌性和雄性煙霧盲蝽按4種整合模式進行交配，調查了不同交配模式下的產卵量和孵化率。
結果表明，各整合模式的產卵量相似，均爲每6天約產20枚卵。然而，只有傳染的雄性和非傳染的雌性組合的孵化率爲0%，其他組合均有約60%～80%的卵孵化。
只有在傳染共生細菌的雄性和非傳染的雌性交配時，卵才不會孵化，這種現象被稱爲細胞質不親和性。已知的會導致細胞質不親和性的共生細菌有沃爾巴克氏菌和Cardinium等幾種。此次研究首次揭示了立克次氏體會引發細胞質不親和性，此前該共生細菌已在粉蝨和蚜蟲等多種昆蟲活體內發現。
透過基因系光譜分析，立克次氏體可分爲幾個羣，但與煙霧盲蝽共生的立克次氏體與在蝽象和蚜蟲等昆蟲活體內廣泛存在的Bellii組羣立克次氏體屬細菌關係密切。該組羣不同於帶有透過蟎蟲和蝨子傳播的病原性立克次氏體的Spotted fever組羣和Typhus組羣。
利用天敵昆蟲防治害蟲的效果能否持續，關鍵在於在田間或栽培室放養的雌雄天敵昆蟲後能否維持足夠的種羣數量。本次研究成果表明，在室内實驗中，傳染共生細菌立克次氏體的天敵昆蟲煙霧盲蝽有利於高效繁殖。今後，有望在田間或栽培室中實際驗證傳染共生細菌立克次氏體的煙霧盲蝽的繁殖效率及其抑制害蟲的能力，從而實施最適化天敵昆蟲性能的害蟲防治技術。
此外，進一步調查野生煙霧盲蝽種羣中細胞質不親和性的發生頻率以及野外環境的實際情況，有望在不同地域條件下進行更廣泛的應用。
共生細菌立克次氏體的同類廣泛存在於蝽象、粉蝨和蚜蟲等與農業害蟲物種中。未來若能明確共生細菌立克次氏體造成細胞質不親和性的主基因和分子機制，將有望開發出控制多種害蟲繁殖的害蟲防治新技術。
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Proceedings of the Royal Society B
論文：Rickettsia induces strong cytoplasmic incompatibility in a predatory insect
DOI：doi.org/10.1098/rspb.2024.0680
