地下协同：白蚁细菌多样性与丁香酚介导的选择性菌群失调

《Frontiers in Microbiology》：Subterranean synergies: termite bacterial diversity and eugenol-mediated selective dysbiosis

　　

地下白蚁，包括家白蚁（Coptotermes formosanus）和黄胸散白蚁（Reticulitermes flavipes）（等翅目（Isoptera）：鼻白蚁科（Rhinotermitidae）），是最具经济重要性的食木害虫之一，它们依赖与肠道微生物的复杂共生关系来促进木质纤维素（lignocellulose）消化、固氮（nitrogen fixation）和其他基本代谢过程。尽管它们的细菌群落已被分别描述，但直接比较以及植物源生物活性化合物对这些共生关系的影响仍知之甚少。在此，研究人员首次对这两种白蚁在丁香酚（eugenol）（一种具有已知杀虫和抗菌特性的酚类单萜（phenolic monoterpenoid））诱导的植物化学胁迫下的细菌群落进行了比较分析。利用16S rRNA扩增子测序（16S rRNA amplicon sequencing），研究人员证明，尽管这两种白蚁拥有不同的细菌集合，但它们共享一个以螺旋体菌门（Spirochaetota）为主的保守核心微生物群。家白蚁拥有较高相对丰度的拟杆菌门（Bacteroidota），而黄胸散白蚁则表现出厚壁菌门（Firmicutes）、迷踪菌门（Elusimicrobiota）和放线菌门（Actinobacteria）的优势。尽管存在这些差异，两种白蚁共享一个以螺旋体菌门为主的细菌核心群落。丁香酚暴露导致白蚁显著死亡，并引起细菌组成中类群特异性的变化，而不改变整体群落多样性，表明这是一种选择性的重组，而非对白蚁细菌组的广谱破坏。具体而言，丁香酚降低了螺旋体菌门（尤其是密螺旋体属（Treponema））的丰度，同时富集了厚壁菌门和变形菌门（Proteobacteria）。这种选择性菌群失调（selective dysbiosis）的模式表明，其机制从非特异性抗菌作用转变，强调了靶向微生物重组是丁香酚暴露的一个关键生态后果。此外，基于PICRUSt2的预测表明，丁香酚处理改变了微生物的功能潜力，包括与碳水化合物代谢、发酵和氨基酸生物合成相关的通路，表明丁香酚选择性地干扰了对白蚁生存至关重要的关键共生功能。这些发现揭示了白蚁相关细菌集合的物种特异性差异，并强调了丁香酚选择性破坏重要功能微生物类群的潜力，为以微生物组为靶点的环境可持续白蚁控制策略提供了基础。

### 论文解读：丁香酚（eugenol）介导的地下白蚁细菌群落选择性菌群失调（selective dysbiosis）

#### 研究背景、问题及意义
白蚁（Isoptera）作为社会性昆虫，依靠与肠道微生物的共生关系实现木质纤维素（lignocellulose）高效降解、固氮（nitrogen fixation）及营养代谢。家白蚁（Coptotermes formosanus）和黄胸散白蚁（Reticulitermes flavipes）是两种经济危害严重的地下白蚁，但其肠道细菌群落的直接比较及植物源化合物（如丁香酚）对其共生系统的影响仍不清楚。现有控制策略依赖合成杀虫剂，面临环境残留、非靶标毒性及抗性发展等问题，亟需基于微生物组脆弱性的可持续方法。丁香酚（eugenol）作为酚类单萜（phenolic monoterpenoid），兼具杀虫和广谱抗菌活性，但其对白蚁肠道细菌组（bacteriome）的效应机制尚不明确。本研究旨在通过比较两种白蚁的细菌群落，解析丁香酚是否引发特异性微生物类群重组（而非广谱破坏），并为靶向微生物组的白蚁控制提供理论依据。相关成果发表于《Frontiers in Microbiology》。

#### 主要关键技术方法
研究人员从实验室菌落（25°C，75–80%相对湿度）中获取家白蚁和散白蚁工蚁。采用滤纸药剂接触法确定丁香酚的48小时亚致死剂量（sublethal dose，SL：0.0625 mg/两种白蚁）与半数致死剂量（LD₅₀：家白蚁0.152 mg，散白蚁0.126 mg）。提取全虫DNA后，对16S rRNA基因V3-V4区域进行扩增子测序（amplicon sequencing）（Illumina NovaSeq 6000平台），经QIIME2流程生成扩增子序列变体（ASVs）。利用PICRUSt2软件预测细菌功能潜力。以qPCR（定量PCR）用特异性引物（表1）验证特定菌门（放线菌门Actinobacteria、拟杆菌门Bacteroidetes、厚壁菌门Firmicutes）的相对丰度，并以白蚁延伸因子1-α（EF-1α）基因作为内参。

#### 研究结果

**3.1 白蚁死亡率（Termite mortality）**
通过梯度剂量暴露实验，绘制120小时存活曲线，经Probit回归计算不同时间点的LD₅₀值，选定48小时为采样时间点，确定亚致死剂量（0.0625 mg）和半数致死剂量（家白蚁0.152 mg，散白蚁0.126 mg）。

**3.2 测序统计（Sequencing statistics）**
获得2,146,262条原始细菌读段，质控后保留1,851,435条有效读段，聚类为2,400个ASV（100%相似度），注释至21个菌门、170个菌属。

**3.3 细菌群落结构（Bacterial community structure）**
- **3.3.1 两种地下白蚁的细菌关联比较**：家白蚁（对照组）以拟杆菌门（58%）、螺旋体菌门（31%）为主，优势菌属为Candidatus_Azobacteroides（47%）；散白蚁（对照组）以螺旋体菌门（36%）、迷踪菌门（27%）为主，优势菌属为密螺旋体属Treponema（34%）和内杆菌属Endomicrobium（27%）。α多样性（Chao1、Shannon、Pielou指数）显示散白蚁显著高于家白蚁（p < 0.05）。β多样性（NMDS）及ADONIS分析表明两种白蚁具有显著分离的细菌群落组成。共享核心ASV（308个）涉及12个菌门及50个菌属。

- **3.3.2 丁香酚对家白蚁细菌集合的影响**：半数致死剂量（LD₅₀）下，螺旋体菌门相对丰度从31.8%降至17.8%，而拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门和放线菌门上升。属水平：密螺旋体属（Treponema）和白蚁密螺旋体簇（Termite Treponema cluster）显著减少，伯克霍尔德菌-卡巴勒罗尼亚菌-副伯克霍尔德菌复合群（Burkholderia–Caballeronia–Paraburkholderia）、赖氨酸芽孢杆菌属（Lysinibacillus）等富集。α和β多样性无显著变化，表明选择性菌群失调而非广谱破坏。

- **3.3.3 丁香酚对散白蚁细菌集合的影响**：LD₅₀剂量下螺旋体菌门（36.6%降至23.4%）和迷踪菌门（27%降至23.4%）相对丰度下降，厚壁菌门（12.2%升至16.6%）、拟杆菌门（12.4%升至16.2%）等上升。属水平：密螺旋体属（Treponema）减少，乳酸球菌属（Lactococcus）、真杆菌属（Eubacterium）、图泽雷拉菌属（Tuzzerella）等富集。多样性指数未显著改变。两种白蚁均表现为螺旋体菌门减少，厚壁菌门和变形菌门富集。

**3.4 定量PCR（qPCR）验证**
相对定量（2^(-ΔΔCt)）显示：在家白蚁中，LD₅₀处理组厚壁菌门丰度显著高于对照组（p < 0.05），与扩增子数据一致；在散白蚁中，LD₅₀处理组放线菌门、拟杆菌门和厚壁菌门丰度均显著低于对照组，与扩增子相对丰度趋势部分矛盾（可能因定量方法差异）。总细菌载量在种间有差异，但处理组与同种对照组间无显著差异。

**3.5 白蚁细菌组的假定功能角色（Putative functional role of termite bacteriome）**
PICRUSt2预测显示两种白蚁具有不同的功能谱系。LD₅₀剂量处理下，与碳水化合物降解、糖酵解（glycolysis）、戊糖磷酸途径（pentose phosphate pathway）、丙酮酸发酵（pyruvate fermentation）、氨基酸/脂肪酸/核酸生物合成相关的MetaCyc通路相对丰度降低，而毒素外排相关膜蛋白（如MATE家族多药外排泵、ABC型多药转运系统）及MarR家族转录调控因子在LD₅₀处理组中富集。木质降解酶系（如β-葡萄糖苷酶）丰度在LD₅₀样品中略降。

#### 讨论与结论总结
讨论指出：两种白蚁细菌群落差异反映了宿主进化分歧、垂直传播与栖息地分化。螺旋体菌门（尤其是密螺旋体属）的普遍优势及其在木质纤维素降解、乙酸生成、固氮中的关键作用被强调。丁香酚暴露未破坏整体群落多样性，但选择性减少螺旋体菌门并富集厚壁菌门和变形菌门，表明这是“选择性菌群失调”而非广谱杀菌。这种失调可能通过直接膜损伤（针对螺旋体菌门特有细胞包膜）和间接宿主应激响应实现。功能预测显示关键代谢通路（碳水化合物、氨基酸代谢）受抑，提示丁香酚干扰白蚁营养稳态。同时，耐药类群（如伯克霍尔德菌、乳球菌）的增殖可能是一种代偿反应。结论部分（Conclusion）翻译如下：**本研究报告了两种地下白蚁（家白蚁Coptotermes formosanus与散白蚁Reticulitermes flavipes）相关细菌群落的比较分析，揭示了可能由进化分歧、大陆起源、共生体垂直传播及宿主遗传背景塑造的显著种间差异。丁香酚暴露与显著的白蚁死亡率及细菌群落组成的类群特异性变化相关，但未改变整体细菌多样性，强调了其在不破坏群落结构的情况下调节白蚁共生关系的能力。然而，这些细菌组变化究竟源于丁香酚的直接抗菌效应还是间接的宿主介导反应尚不明确。由此产生的毒性和白蚁死亡率可能并非仅由细菌群落破坏导致，而是涉及肠道微生物（细菌和真菌）扰动以及白蚁基因表达改变的综合效应。未来整合宏转录组学（metatranscriptomics）、代谢组学（metabolomics）及功能验证的研究对于解析潜在机制、评估生态意义及其在可持续白蚁管理中的应用价值至关重要。**