《Current Opinion in Insect Science》：Insect secretions stabilizing obligate microbial symbioses
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昆虫在整个发育过程中会动员多种分泌物以维持有益微生物。这些分泌物包括与卵相关的胶质、囊体、帽粒样结构以及涂抹物，研究表明它们能够在传播与宿主组织定殖等脆弱的胞外阶段保护代谢能力受限的共生体。近期对这些分泌物的分子层面解析，开始回答两个关键机制问题：其一，这些分
昆虫在整个发育过程中会动员多种分泌物以维持有益微生物。这些分泌物包括与卵相关的胶质、囊体、帽粒样结构以及涂抹物，研究表明它们能够在传播与宿主组织定殖等脆弱的胞外阶段保护代谢能力受限的共生体。近期对这些分泌物的分子层面解析，开始回答两个关键机制问题：其一，这些分泌物由哪些成分构成；其二，它们如何补偿还原进化所施加的代谢约束。功能遗传学、蛋白质组学（proteomics）、糖蛋白质组学（glycoproteomics）和结构生物化学的进展揭示，昆虫经典蛋白家族与代谢物被协同选择并重新赋予共生体保护功能。进一步研究表明，宿主分泌物对于共生体活性可具有承载性作用，不仅补偿物理暴露造成的风险，还可弥补基因组还原进化所导致的转录与代谢局限。本文综述了这些进展，重点强调昆虫对专性共生伙伴进行投入的调控特征与作用机制。
Introduction
文章开篇指出，昆虫在发育全过程中可产生多种宿主来源分泌物，用于包埋、维持并垂直传播有益微生物。这些分泌形式包括卵相关胶质、囊体、帽粒以及卵表面涂抹物等，共同特点是要求共生体在被下一代摄取前经历一段宿主体外的生存期。该阶段中，共生微生物需面对失水、渗透压失衡、紫外辐射以及环境微生物竞争等压力。由于许多专性共生菌经历了基因组还原，已丧失独立应对这些挑战的能力，因此宿主必须通过外源性分泌物补偿其内在代谢与生理缺陷。本文围绕两个核心问题展开：宿主分泌物在分子层面由何构成，以及这些分泌物如何补偿专性共生所伴随的代谢约束，从而保障长期稳定的互作关系。作者据此综述了蛋白质支架、多糖基质、烃类扩散屏障以及被重新利用的免疫效应分子等主要类型，并强调不同昆虫谱系中糖基化蛋白的趋同募集，提示维持基因组受损共生体跨越胞外空间可能受到共同生化约束。
Protein scaffolds for extracellular symbiont survival
这一部分聚焦于卵相关囊体与帽粒等高度特化的传播载体，指出其分子组成长期未明，直到近期研究才发现多个系统都趋同采用宿主来源的糖基化蛋白构建胞外基质。在豆蝽总科平腹蝽类（plataspid stinkbugs）中，Candidatus Ishikawaella capsulata 寄居于后中肠，其基因组约为0.75 Mb，代谢能力高度受限，主要承担宿主韧皮部食性所缺乏的必需氨基酸与维生素合成。雌虫通过与后中肠相关的专门器官形成色素化囊体，并在产卵时将其沉积于卵块附近，初孵若虫须在首次取食前摄入囊体内容物，以完成中肠定殖。研究鉴定出该囊体基质的主导成分是一种宿主编码的气味结合蛋白（odorant-binding protein, OBP）同源物。该蛋白由雌虫囊体分泌器官分泌，形成包埋 Ishikawaella 的结构支架。RNA干扰（RNAi）抑制该蛋白后，囊体无法形成，若虫无法获得共生体并出现严重发育障碍，说明 OBP 对共生体胞外存活具有关键作用。进一步的基因家族分析表明，其 C 端 OBP样结构域及 N 端分泌信号在平腹蝽科内保守，而中间的无序区不保守；OBP 基因系统树与线粒体系统树完全一致，支持其在该类群共同祖先中被招募并随宿主分化而协同分化。
在龟甲叶甲（tortoise beetles）中，果胶分解共生菌 Candidatus Stammera capleta 的基因组更小，约为0.2–0.3 Mb，却仍需在卵相关帽粒内经历长达11 d 的胞外阶段。最新研究表明，包埋 Stammera 的胶状球体主要由 Yellow 蛋白构成。Yellow 蛋白原本多与昆虫表皮色素沉积、雄性求偶行为以及蜜蜂蜂王浆分泌相关，而在龟甲叶甲中，Yellow-x 基因家族成员仅在繁殖雌虫的卵巢相关腺体中表达，并被组装成致密层状基质后分泌入卵帽粒。其蛋白 C 端具有受强纯化选择约束的六叶片 β-螺旋桨结构域，N 端则为快速演化的无序区并富集正选择位点，提示保守支架与可变识别界面并存。RNAi 实验证实，Yellow 表达被抑制后，帽粒球体形态破坏，低湿条件下 Stammera 存活力显著下降。双 RNA测序（dual RNA-seq）进一步显示，在 Yellow 缺失且遭受干燥胁迫的卵中，Stammera 发生转录崩溃，表现为编码 RNA 聚合酶 β′亚基的 rpoC 显著下调。跨7种龟甲叶甲的比较转录组与质谱分析还显示，Yellow 同源蛋白普遍是卵巢相关腺体和共生球体中的优势成分，且其系统发育与 Stammera 谱系一致，支持长期协同分化。
作者随后讨论五角蝽科（Pentatomidae）中卵表面涂抹型传播系统的分子基础。在 Plautia stali 中，雌性成虫共生中肠最后部膨大隐窝被认为专门承担垂直传播功能。凝胶电泳与过碘酸-Schiff 染色显示，膨大隐窝中存在两条显著且特异的糖基化蛋白条带。借助液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）与 de novo 转录组组装，研究者确认这两条条带对应一种新型黏蛋白样糖蛋白（mucin-like glycoprotein）的等位变体。该蛋白具有信号肽、富含脯氨酸-苏氨酸-丝氨酸的 PTS 区域以及 C 端几丁质结合结构域，并经受重度 O-糖基化。组织化学与荧光原位杂交证明该黏蛋白与共生菌在膨大隐窝内共定位，并共同经导管排入中肠主腔。虽然 RNAi 显著降低了黏蛋白生成，但实验室条件下共生体种群维持及子代传播并未明显受损。作者因此谨慎推断，这种黏蛋白可能在野外环境中承担保水、抗蛋白酶、促进细菌黏附，甚至提供碳氮源等功能，其生态重要性在标准室内饲养条件下未必能够显现。该蛋白所含几丁质结合结构域尤为值得注意，因为半翅目昆虫缺乏典型几丁质围食膜，提示该结构域已脱离祖先背景而被重新利用。
Polysaccharide matrices and galactan-based jellies
并非所有共生体传播分泌物都以蛋白质为主。在缘蝽类 Urostylis westwoodii 中，母体在卵块表面沉积胶状基质，作为 Candidatus Tachikawaea gelatinosa 的传播媒介，初孵若虫直接摄食该胶质即可建立感染。生化分析表明，该胶质的主要结构成分是半乳聚糖（galactan），因此与前述由蛋白质支架主导的系统明显不同。文中指出，该富糖基质既可能提供抗干燥缓冲，也可能充当营养来源，使若虫在地下越冬且首次取食前的阶段获得能量储备。不过，半乳聚糖维持共生体活性的具体分子机制，以及特定多糖结构是否与细菌表面发生直接相互作用，仍未得到解析。
Hydrocarbon defence
这一部分讨论宿主分泌物对外共生体的“防腐式”保护功能。欧洲蜂狼（European beewolf）Philanthus triangulum 的雌虫会将具抗生素产生能力的 Streptomyces philanthi 从特化触角腺体分泌到被麻痹的蜜蜂猎物上，以保护发育中幼虫免受真菌和细菌病原侵袭。然而，宿主卵本身会释放约1,690 ppm 的一氧化氮（NO）以熏蒸育幼室，清除环境微生物，这也对共生链霉菌构成威胁。研究显示，雌虫触角腺体分泌的长链烃可在 Streptomyces 细胞表面形成包覆层，阻止 NO 扩散至细菌表面，从而实现同一物理空间内的“自我/非我”化学区分：环境细菌被熏杀，而被宿主烃层包埋的共生体得以存活。作者特别指出，该体系中的保护对象并非外部环境压力，而是宿主自身免疫防御机制。尽管 S. philanthi 的基因组约7.3 Mb，明显大于前述高度还原的专性共生菌，但其基因组与功能分析已显示早期退化迹象，例如大量蛋白编码基因存在移码突变，且对生物素、精氨酸和脯氨酸表现出营养缺陷，因此宿主的分泌投入可视为同一还原进程中较早阶段的体现。
Antimicrobial peptides as partner selection gates
与“打包传播”不同，豆蝽 Riptortus pedestris 每代都需从土壤环境中口服获得 Caballeronia spp. 共生体，因此关键问题转化为如何从复杂环境菌群中选择正确伙伴。研究表明，其后中肠隐窝中表达数百种抗菌肽（antimicrobial peptides, AMPs），构成一个选择性闸门，仅允许对 AMP 具有抗性的 Caballeronia 菌株进入，而排除其他细菌。在这一情境下，AMPs 的作用更接近伙伴识别信号，而非广谱杀菌因子。作者进一步引用比较研究指出，传播保真度较低的伙伴关系通常表现出较弱的共分支化与宿主-细菌利益一致性。类似的稳定环境获得也见于南瓜蝽 Anasa tristis，其若虫通过定向嗅觉趋向同种成虫粪便，并采用特定取食行为从粪便基质中释放 Caballeronia，从而获得较高传播保真度。由于其粪便基质的分子组成尚未明确，作者仅提出开放性问题：其中是否也含有维持共生菌活性的宿主来源化合物，功能上是否类似于卵相关传播基质。
Co-opted proteins as protective scaffolds
作者在这一节提出总体性的机制归纳：黏蛋白、Yellow 蛋白以及 OBP 结构域蛋白之所以在不同昆虫谱系中被反复独立招募，可能源于它们共享适合胞外保护的生化属性。黏蛋白与 Yellow 蛋白都具有糖基化修饰，并在受渗透压和干燥胁迫限制的传播阶段充当胞外基质。糖基化可赋予分子保水缓冲和结构稳定性，因此在多个宿主类群与不同分泌类型中的反复出现，提示决定性保守因素可能不是蛋白折叠本身，而是翻译后修饰带来的物理化学性能。与此同时，平腹蝽囊体中的 OBP样蛋白以及另一远缘半翅目类群 Dinidoridae 中被独立发现的 OBP结构域蛋白，也支持了趋同的蛋白家族重用。总体而言，OBP/化学感受蛋白、Yellow/MRJP 以及黏蛋白这三类蛋白家族，均已在半翅目和鞘翅目中多次被独立招募用于共生相关卵分泌物，提示进化可从有限的生化“材料库”中反复提取可塑性较高的组分。
Secretions driving co-evolutionary dynamics and partner fidelity
本文进一步指出，传播分泌物中的分子特异性直接影响伙伴保真度与协同进化轨迹。当宿主蛋白基质必须精确适配共生体表面时，如龟甲叶甲 Yellow 蛋白的 N 端区域可能承担的作用那样，任何一方的偏离都可能破坏传播。实验上，不同龟甲叶甲物种间的交叉感染仅产生无菌的 Yellow 球体，从而支持分泌物-共生体界面的高度特异性。作者还综述了 Pentatomomorpha 类群中的比较结果：环境获得型共生关系中，宿主与共生体系统树常存在多处不一致；而借助共生体承载结构进行母源传播的类群，无论共生体最终位于细胞内还是细胞外，宿主与微生物之间通常都表现出高度趋同的进化历史。因此，与其说共生体所在的细胞定位决定协同进化程度，不如说传播方式及其背后的结构化投入更能预测伙伴整合水平。
Perspectives and open questions
在展望部分，作者指出多个关键空白仍待填补。首先，除 P. stali 外，多数五角蝽类卵表面涂抹物仍未完成蛋白质组学与糖组学解析；其次，即使在已知传播基质蛋白的系统中，与之配对的共生体表面配体仍未被识别。另一个核心未决问题是胞外传播期间的营养补偿：这些基质究竟仅提供物理和渗透保护，还是还能弥补共生体代谢缺口，目前在所有系统中都缺乏直接证据。对于黏蛋白，作者特别提出其高度糖基化特征可能为共生菌提供有机碳源与氮源，这一假说需要借助代谢组学、稳定同位素示踪以及分泌器官与共生体的双转录组联合分析加以验证。此外，P. stali 黏蛋白敲低实验未见明显表型，也提醒研究者在解释实验室条件下的功能遗传结果时必须谨慎，因为自然环境中的干燥、紫外和微生物竞争压力往往无法被室内条件充分模拟。
Conclusions
结论部分强调，昆虫已经演化出多样化工具箱以维持专性共生关系，包括蛋白质基质、烃类包被、多糖胶质以及抗菌肽选择闸门，用以应对共生体在脆弱胞外阶段所面临的物理、化学与免疫学挑战。过去十年的分子解析显示，这些分泌物并非由全新、共生专属蛋白构成，而是由具有明确祖先功能的经典昆虫蛋白家族被独立招募并重新功能化而成。Yellow 蛋白、黏蛋白以及 OBP相关蛋白虽在系统发育来源和生化性质上差异显著，却可收敛于相同的功能结局，即在宿主体外阶段维持共生体活性。作者据此提出，胞外共生体保护问题的演化解法不仅受选择压力塑造，也受可被征用的生化性质所约束。随着分析技术与功能遗传工具进一步扩展至更多非模式昆虫系统，未来研究有望从“这些分泌物是什么”推进到“它们如何在分子层面精确维持极端基因组缩减生命体”的阶段。
