中国农业大学植保学院彩万志、李虎团队揭示了肠道菌群的趋同演化促进蝽类昆虫的食性转化

近日，中国农业大学植物保护学院彩万志教授与李虎教授团队在国际微生物学知名期刊Microbiome上发表研究论文Gut microbiome convergence and functional adaptation underlie the evolution of predation in stink bugs (Heteroptera: Pentatomidae)，揭示肠道微生物在驱动蝽类昆虫由植食向捕食演化过程中的关键作用。研究表明，肠道菌群不仅“鼎力相助”昆虫完成食性转换，还在不同类群间展现出趋同演化现象。

昆虫作为地球上物种最丰富的类群，其食性在演化过程中经历了多次转变，深刻影响着它们的生态位分布以及与人类的关联。肠道菌群与昆虫食性密切相关：食物类型能够塑造菌群结构，而菌群又能反过来协助宿主适应多样化的食物来源。然而，肠道菌群在昆虫食性反复转换过程中的演化动态与功能机制尚不明确。

异翅亚目昆虫祖先为捕食性，蝽次目演化为植食性，并获得栖息于中肠后部特化隐窝结构的营养型Gamma共生菌。随后在蝽科的多个亚科中又独立恢复了捕食习性。研究团队聚焦于蝽科捕食性的益蝽亚科，通过比较其与近缘植食蝽科物种及具有祖先捕食性生活方式的猎蝽科物种的肠道菌群，发现伴随食性由植食向捕食的转变，益蝽亚科丧失了植食性蝽科物种特有的Gamma共生菌及后肠隐窝结构，转变为与猎蝽科物种相似的菌群结构。

结合宏基因组、单菌基因组及体内外功能验证，研究进一步揭示：尽管捕食性蝽类昆虫摄入的营养更为丰富，其肠道菌群仍发挥着不可或缺的作用—不仅能协助降解猎物来源的几丁质等难消化成分，还能增强宿主对食物及环境源病原微生物的抵抗力，这些功能共同促进了宿主的食性转变。

该研究指出，正如基因组学进化分析揭示的那样—在相同性状的演化过程中，不同动物可能采用相似的组学进化机制，表现出趋同演化现象—肠道菌群在协助昆虫适应不同食性的过程中，同样呈现出趋同演化的特征。这一发现不仅深化了我们对“昆虫—微生物”互利共生演化机制的理解，也为解析生物多样性形成机制提供新视角。同时，研究结果为通过肠道菌群增强天敌昆虫的控害能力奠定了重要的理论基础。

中国农业大学植物保护学院已毕业博士生孙婧婧（现为新疆维吾尔自治区农业科学院植物保护研究所助理研究员）为论文第一作者，中国农业大学昆虫多样性与基因组学创新团队的张雪讲师和李虎教授为共同通讯作者，孟宇杰博士、陈卓博士后、赵天佑博士、杨成凤博士后、陈苏怡博士、王家仪博士、田里副教授、宋凡副教授、段元格副教授和彩万志教授参与了该项工作，华中农业大学徐乐天教授为研究提供了重要实验材料和相关支持。该研究得到了国家自然科学基金、农业科技创新稳定支持项目、中国农业大学2115人才培育发展计划等项目的支持。