共生微生物是动物进化及多样性形成的主要推动力之一，在“共生同盟”中动物宿主一直面临着如何维持与微生物之间稳定共生关系的挑战，其中的维持机制是进化生物学研究领域的前沿热点。共生微生物存在于多种动物组织中，肠道是最常见的定殖位点，然而肠道却不并是共生微生物能够稳定居住的场所，特别是对于完全变态发育昆虫，它们在发育的过程中面临肠道结构重塑、蛹期排空包括共生菌在内的肠道内容物、成虫和幼虫期具有不同的营养需求等情况，那么昆虫在变态发育过程中能否维持稳定的微生物群落呢？
社会性昆虫可能通过社会性的交哺行为，或筑巢蚁后在代际间的传递应对完全变态发育对维持有益肠道微生物的影响。本研究选取龟蚁属蚂蚁作为研究对象来探究这种社会性昆虫维持其稳定微生物群落的可能机制，研究团队利用16S rRNA基因定量PCR、扩增子测序以及系统发育分析等方法，对13种龟蚁在不同发育阶段和不同社会阶层的肠道微生物群落进行了全面系统的研究。结果表明成虫的肠道微生物群落在不同的物种间及不同的社会阶层间高度相似，均来自于龟蚁属特异的微生物类群，进一步分析发现龟蚁属成虫与肠道共生微生物群落长期协同进化，这种稳定且保守的共生关系很有可能是通过筑巢蚁后在亲本蚁穴中获取共生微生物并传递到新建造的蚁穴中，实现代际间的垂直传递。相反，龟蚁属幼虫具有与成虫不同的肠道微生物群落，其中的优势微生物与环境中的微生物亲缘关系较近。尽管在幼虫中并没有观察到肠道微生物与成虫宿主相同的共同进化模式，但是龟蚁属不同物种幼虫具有组成稳定保守的肠道微生物群落表明可能存在第二种机制，即幼虫从环境中筛选特定共生微生物并与之建立紧密的共生关系。本研究首次提出了蚂蚁在不同发育阶段维持共生微生物群落稳定性的不同机制（图1），这项研究为理解完全变态昆虫如何获取并维持有益共生微生物提供了新的见解，将引起微生物组学研究同行的广泛关注。
图1 研究结果总结图示. (a) 龟蚁属蚂蚁在不同发育阶段和不同社会阶层中肠道微生物群落数量和组成的动态变化; (b) 龟蚁属蚂蚁在蚁群生命不同周期获取并维持肠道共生微生物的可能方式。
本研究由北京师范大学牵头，联合美国德雷塞尔大学、康奈尔大学和乔治华盛顿大学等多家机构共同完成，成果于2023年1月4日正式发表在国际学术期刊Ecological Monographs上。胡仪副教授为该论文的第一作者兼唯一通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金项目(32070401)、“111”高校学科引智计划项目(B13008)、地表过程与资源国家重点实验室重点项目的支持。
文章链接：https://esajournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ecm.1560
