近日，南京农业大学植物保护学院洪晓月教授团队在国际权威学术期刊《自然・通讯》（Nature Communications）发表了题为 “Wolbachia enhances ovarian development in the rice planthopper Laodelphax striatellus through elevated energy production”的研究论文，深入解析内共生菌Wolbachia（沃尔巴克氏体）通过合成核黄素来调控宿主能量代谢，进而加速卵巢成熟、增强宿主繁殖力的分子机制。研究明确了营养供给在内共生关系维持中的关键作用，为进一步理解内共生菌与宿主间的代谢互作提供了全新视角。
内共生菌Wolbachia广泛寄生于节肢动物体内。它既能通过营养互利的方式助力宿主生长，又能凭借生殖操控手段，清除不利于自身传播的宿主个体。然而，其促进宿主生长的分子机制至今尚不明确。本团队前期研究发现，水稻害虫灰飞虱体内的Wolbachia株系wStri不仅能诱导宿主产生胞质不相容现象，还可显著提高雌虫的产卵量。
本研究通过观察感染与未感染Wolbachia的灰飞虱在整个产卵周期内的产卵表现，发现Wolbachia提高产卵量的关键机制之一，它能够加速初羽化雌虫的卵巢发育，促使它们更早产卵，并提前迎来产卵高峰期。转录组分析结果显示，Wolbachia能系统性激活宿主的能量代谢通路，为卵巢发育以及卵母细胞的成熟提供能量支持。进一步研究发现，Wolbachia通过提升初羽化雌虫线粒体复合体I的活性，增强了氧化磷酸化的效率，进而提高了卵巢发育阶段线粒体的产能。而抑制线粒体产能，则会明显干扰卵巢发育，这充分说明Wolbachia是通过增强初羽化灰飞虱的产能，来推动卵巢发育的。
基因组测序结果表明，Wolbachia菌株wStri拥有完整的核黄素与生物素合成通路。其中，核黄素作为复合体I的关键辅酶，在灰飞虱卵巢发育过程中发挥着举足轻重的作用。研究人员将Wolbachia转染至sf9细胞系后，惊喜地发现细胞内核黄素含量大幅提升，线粒体的产能也显著增加。不仅如此，对于未感染Wolbachia的灰飞虱，在补充核黄素后，其产能水平与卵巢发育状态均得到明显恢复，这一现象充分证明了Wolbachia提供的核黄素对于灰飞虱卵巢发育的重要意义。进一步研究还发现，Wolbachia还会通过调控宿主的核黄素转运蛋白slc52a3a，来影响核黄素在灰飞虱卵巢发育中的作用。当在五龄若虫阶段干扰slc52a3a的表达后，初羽化雌虫的卵巢发育受到显著抑制。
综上，Wolbachia一方面为宿主提供核黄素，另一方面调控宿主核黄素转运基因slc52a3a的表达。通过核黄素对线粒体电子传递链施加影响，在卵巢发育阶段提升宿主的产能，从而推动宿主卵巢发育，让灰飞虱宿主能更早进入产卵期，最终增强了宿主的繁殖能力，解析了共生菌助纣为虐的深层次机制。研究成果是在团队前期发表在ISME Journal、Molecular Ecology、Microbiome、Current Biology等杂志上相关成果基础上的又一重要发现，为深入探究共生菌与宿主昆虫复杂的分子互作机制奠定基础。
成果由洪晓月教授团队独立完成，博士生牛跃迪为论文第一作者，邴孝利副教授和洪晓月教授为论文通讯作者，实验室研究生范启航、王子涵、王梦珂、赵殿树、王梦茹和吴冰璇等参与了研究工作。该研究获海南省重点研发项目、国家自然科学基金面上项目和重点国际（地区）合作研究项目的资助。
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