《Insect Science》：Characterization of the dynamic microbiome evolution across thrips species
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本文通过整合宏基因组学与培养组学方法，首次系统解析了蓟马物种间微生物组的动态进化格局。研究发现，蓟马微生物组由胞内共生体（如Wolbachia、Spiroplasma）和胞外类群（如Pantoea、Serratia）共同主导，呈现出频繁的菌株获得与丢失，且物种间微生物共享度极低，形成了高度宿主特异性的细菌群落。研究开发了短读长与长读长（Nanopore）测序结合的双重验证框架，成功重建了高质量的宏基因组组装基因组（MAGs），并从宿主肠道中分离、测序了Pantoea dispersa和Serratia marcescens两种优势共生菌的完整基因组。泛基因组分析揭示了它们具有小而保守的核心基因集和庞大的附属基因组，其中包含可能与宿主适应相关的功能基因（如水解酶、神经毒性N-乙酰转移酶）。该研究为深入理解蓟马微生物组的进化动力学及其在宿主适应中的作用提供了关键基因组资源与标准化分析流程。
蓟马微生物组的组成与多样性
本研究旨在揭示蓟马（Thysanoptera）微生物组的组成与进化动态。通过对包括豆花蓟马（Megalurothrips usitatus）云南种群在内的13个样本（涵盖11个物种）进行系统分析，构建了蓟马宿主的系统发育树，其分化时间可追溯至约1.97亿年前。研究发现，蓟马微生物组主要由胞内共生菌（如Wolbachia和Spiroplasma）和胞外细菌（如Pantoea、Serratia和Acinetobacter）组成，具体组成具有显著的物种特异性。利用Kraken2、SingleM和基于长读长（PacBio HiFi/CLR, Nanopore）的宏基因组组装三种方法进行表征，结果相互验证，揭示了微生物组组成的复杂性。例如，Kraken2在所有样本中均检测到高丰度的Streptomyces，但SingleM和长读长组装均未检出，后续PCR验证也呈阴性，表明Kraken2可能存在误分类。主坐标分析（PCoA）显示，微生物群落结构相似性与宿主系统发育关系不完全一致，例如，亲缘关系较远的Dendrothrips minowai和Stenchaetothrips biformis却拥有相似的微生物组。
微生物丰度、菌株共存与宿主特异性
通过长读长数据组装获得高质量的宏基因组组装基因组（MAGs），并计算了细菌在宿主内的丰度（Titer）。胞内共生菌Wolbachia和Spiroplasma显示出最高的相对丰度，例如在Odontothrips loti中Wolbachia的丰度达2.59倍。值得注意的是，Wolbachia和Spiroplasma似乎不共生于同一宿主。胞外细菌Pantoea和Serratia的丰度较低，但分布广泛。研究在物种和菌株水平上发现了精细的微生物多样性。例如，Pantoea dispersa特异性地存在于三个M. usitatus种群和O. loti中，而Pantoea ananatis则栖息于D. minowai、S. biformis和Thrips tabaci中。更为复杂的是，在T. tabaci体内，同时检测到Serratia rubidaea、Serratia rhizosphaerae以及两个不同的Serratia marcescens菌株（两者间平均核苷酸一致性（ANI）为95.38%），表明同一宿主内可共存同一属的不同物种乃至不同菌株。Alpha多样性（香农指数）分析显示，M. usitatus种群和Thrips属物种的微生物组多样性通常高于Aptinothrips rufus和Frankliniella属物种。
关键共生菌的分离培养与基因组解析
为确认上述细菌确实定植于蓟马肠道，研究从云南豆花蓟马肠道中分离培养出两株优势细菌，经16S rRNA测序鉴定为Pantoea dispersa（菌株Mu-i0-P）和Serratia marcescens（菌株Mu-i1-S）。利用PacBio CLR技术对它们进行了全基因组测序。P. dispersa Mu-i0-P包含一条4.20 Mb的环状染色体和三个质粒，与从同一宿主宏基因组中组装得到的MAG（MuY_m1_Pantoea）具有99.97%的ANI，证实了分离株与体内共生菌的一致性。S. marcescens Mu-i1-S包含一条5.15 Mb的环状染色体，与来自T. tabaci和T. hawaiiensis的MAGs具有超过99%的ANI。BUSCO评估显示两个分离株的基因组完整度均很高（P. dispersa: 98.4%， S. marcescens: 96.0%）。功能注释表明，绝大多数预测的蛋白质编码基因在GO、KEGG等数据库中获得了功能注释。
系统发育与泛基因组分析揭示宿主适应遗传基础
通过系统发育分析，将本研究分离的P. dispersa和S. marcescens菌株置于更广泛的进化背景中。蓟马源P. dispersa与来自其他昆虫（如Chinavia hilaris、Aedes albopictus）的菌株聚为一支。而蓟马源S. marcescens则与一些环境分离株聚在一起，提示其可能具有兼性共生或环境来源的特性。为探究宿主适应性的遗传机制，研究对P. dispersa和S. marcescens进行了泛基因组分析。根据NCBI BioSample的宿主信息，将菌株分为昆虫、植物、环境、人类等关联组。分析发现，两个物种的泛基因组结构相似，均呈现“小而保守的核心基因组+庞大可变的附属基因组”模式。P. dispersa的核心基因组包含2827个基因簇，而附属基因组（cloud, shell, soft-core）则包含10535个基因簇。S. marcescens的核心基因组包含2883个基因簇，附属基因组包含13172个基因簇。系统发育树与宿主关联类别的叠加分析显示，系统发育关系与宿主类别之间存在复杂关联，并非简单对应。利用Scoary工具进行关联分析，在两个物种中均发现昆虫宿主关联的菌株显著富集了某些特定的功能基因，其中最突出的是水解酶（hydrolases）基因。在P. dispersa中还发现了与昆虫宿主关联的N-乙酰转移酶基因，推测其可能与神经毒性作用有关，共同暗示了这些附属基因在帮助细菌适应昆虫宿主特定生态位中可能发挥关键作用。
讨论与展望
本研究首次在约2亿年的进化时间尺度上，对多种蓟马的微生物组进行了系统刻画，揭示了其高度的异质性和宿主特异性。微生物组的组成差异不仅存在于物种间，也存在于同一物种的不同地理种群（如M. usitatus的浙江种群携带Wolbachia，而云南、海南种群则无），暗示了环境暴露、食物来源等非遗传因素的重要影响。研究建立并验证了一个结合短读长筛查与长读长验证的标准化分析流程，为未来相关研究提供了方法学参考。对P. dispersa和S. marcescens的高质量基因组解析及比较基因组学分析，为理解昆虫共生菌的宿主适应机制提供了遗传学见解。其庞大的附属基因组及与昆虫宿主关联的特异性基因（如水解酶），可能是其成功定植并适应多样化昆虫肠道环境的关键。这些发现不仅深化了对蓟马-微生物互作的认识，也为利用微生物组进行害虫生态防控策略的开发提供了新的潜在靶点和理论基础。
