探究食蚊鱼(Gambusia affinis)菌群(larvivorous fish microbiota)在库蚊(Culex laticinctus)幼虫发育中的作用

《Hydrobiologia》：Exploring the role of larvivorous fish microbiota in the development of mosquito larvae

　　

水生生态系统中捕食者—猎物间的化学通讯(chemical communication)对其动态有重要影响。已有研究表明食蚊鱼(Gambusia affinis)释放的凯洛蒙(kairomone，捕食者释放而被猎物利用的化学信号物质)可改变库蚊(Culex laticinctus)幼虫的发育，但该效应是否依赖鱼体共生菌群(microbiota)尚不清楚。研究人员通过低浓度抗菌处理（1 ppm CuSO4）调控食蚊鱼体表及黏液相关细菌群落结构，比较经处理鱼、未处理鱼及无鱼对照水体中库蚊幼虫的发育时间与存活率。结果表明，暴露于未处理鱼化学信号(cue)的库蚊幼虫化蛹显著快于无鱼对照组及处理鱼信号组。研究证实食蚊鱼菌群对产生能加速蚊幼虫发育的鱼源凯洛蒙至关重要，可能通过特定菌株或菌群互作实现。这种微生物介导的化学通讯(microbiota-mediated chemical communication)对利用食蚊鱼开展生物防治(biological control)具重要意义，提示在设计水域害虫治理策略时需考虑微生物群落，优化微生物条件以增强捕食者—猎物化学信号或可提升鱼基蚊虫控效。

论文解读：食蚊鱼菌群对库蚊幼虫发育中凯洛蒙产生的调控作用

本研究发表于《Hydrobiologia》。现有研究已证实食蚊鱼(Gambusia affinis)释放的凯洛蒙(kairomone)可使库蚊(Culex spp.)幼虫缩短幼虫期、提前化蛹，但鱼类自身是否依赖其体表及黏液关联的共生菌群(microbiota，宿主体表或体内定植的微生物集合)来合成或释放此类化学信号尚未得到实验验证。此外，以往鱼源凯洛蒙起源假说多指向微生物参与，缺乏通过人为扰动鱼体菌群并检测下游猎物发育响应的直接证据。明确该机制对于理解水生捕食者—猎物间微生物介导的化学通讯(microbiota-mediated chemical communication)，以及优化以食蚊鱼为基础的蚊虫生物防治(biological control)策略均具有重要意义。为此，研究人员以地中海地区常见种类宽带库蚊(Culex laticinctus)为对象，通过低浓度硫酸铜(CuSO₄)处理改变食蚊鱼菌群结构，设置未处理鱼组、CuSO₄处理鱼组及无鱼对照组，检测不同处理鱼释放水相化学信号(cue)对库蚊幼虫化蛹时间及存活率的影响，并同步评估CuSO₄处理对鱼体表可培养细菌菌落数的影响，以确认菌群被成功扰动。

主要关键技术方法

研究人员采集以色列Oranim校区自然孳生的C. laticinctus卵筏，孵化后取同窝一龄幼虫随机分组。食蚊鱼经本地水族店购入，一部分以1 ppm CuSO₄溶液浸泡12 h（处理鱼组），另一部分同等条件无CuSO₄饲养（未处理鱼组）。经5 d驯养后，每日将鱼轮流放入含3 L水容器，以此容器水替换蚊幼虫培养杯内水体，使幼虫持续接触目标化学信号。同时另取一批鱼按相同CuSO₄处理流程处理后，取其体表冲洗液涂布胰蛋白大豆琼脂(tryptic soy agar, TSA)平板，培养后计数菌落以评估菌群变化。幼虫发育时间采用线性混合模型(Linear Mixed Model, LMM)分析，存活率用裂区方差分析(split-plot ANOVA)，菌落数比较用Mann–Whitney U检验。

Results（结果）

Experiment 1—altered fish microbiota and its effect on larval development（ altered fish microbiota and its effect on larval development）

六批卵筏经鉴定均为C. laticinctus，总羽化率约78％，雌成虫显著多于雄虫(P＝0.003)。各处理组间幼虫存活率无显著差异(P＝0.67)。雄性幼虫整体化蛹早于雌性(P＜0.001)，但性别与处理间无交互作用(P＝0.9)。处理因素显著影响化蛹时间(P＜0.001)：未处理鱼信号组雌雄幼虫化蛹均显著快于无鱼对照组及CuSO₄处理鱼信号组，而后两组间差异亦达显著水平，表明破坏鱼体菌群会削弱乃至消除鱼源凯洛蒙促化蛹效应。

Experiment 2—the effect of the CuSO₄solution on the fish microbiota（ the effect of the CuSO₄solution on the fish microbiota）

培养第1 d处理鱼样品可培养菌落数低于未处理鱼(P＝0.04)；第2 d未处理鱼累积菌落数显著高于处理鱼(P＝0.03)；第3 d差异缩小且无统计学意义(P＝0.1)。说明CuSO₄短期暴露改变了鱼体表可培养细菌的数量动态，初步证实实验成功扰动了鱼体相关菌群组成。

Discussion（讨论与结论翻译）

动物共生菌可释放具通讯功能的化合物，多数已知实例为种内信号，但捕食者与寄生者可将其作为凯洛蒙加以利用，强烈影响猎物发育对策，如鱼类凯洛蒙致蜉蝣稚虫、蝌蚪及溞(Daphnia)产生表型可塑性。已有部分证据提示鱼源凯洛蒙来自鱼关联菌群，本研究结合前人煮沸鱼水消除促化蛹效应的结果，支持该化学信号为微生物起源。本研究中CuSO₄处理鱼组蚊幼虫化蛹仍略快于无鱼对照，最合理的解释为处理残存微生物信号仍部分发挥作用，且扰动后菌群产生的化学物质谱不同于完整未处理鱼菌群，这与未处理鱼第2 d可培养菌落更多（可能反映更高多样性或恢复力）的结果相符。铜作为环境胁迫因子可快速改变鱼体表微生物群落——抑制铜敏感菌、短暂允许耐铜或机会菌增殖（符合微生物组安娜·卡列尼娜原则，Anna Karenina principle），长期则降低多样性与丰度并延缓恢复；铜亦可同时影响鱼肠道与体表微生物组的互作。综上，研究结论为：食蚊鱼(Gambusia affinis)体表及相关共生菌群是产生能加速库蚊(Culex laticinctus)幼虫化蛹之鱼源凯洛蒙(kairomone)的必要条件，该效应为微生物介导的化学通讯(microbiota-mediated chemical communication)，低浓度抗菌／抑菌处理破坏鱼体菌群结构将削弱此化学信号功能；在水域蚊虫生物防治中引入食蚊鱼时应重视维持其原生微生物群落完整性以最大化捕食者化学信号对蚊幼虫发育调控的潜在增益。