真菌的双重生命保护甲虫攻击植物

龟叶甲虫享受真菌提供的保护，免受蚂蚁等昆虫捕食者的侵害，然后将微生物携带到共同的植物宿主，它们的真菌共生体会感染宿主。

乙进化生物学家HassanSalem和AileenBerasategui想知道如何制造一种在幼龟叶甲虫(Chelymorphaalternans)上形成的白色蜡状物质。最常见的假设认为它是某种分泌物，类似于介壳虫产生的分泌物，但“它出现在了它真正不应该出现的地方，”德国图宾根马克斯普朗克生物学研究所的塞勒姆说。

出于好奇，他们和他们的同事决定进行调查。“当我们把这种白色物质放在培养皿上，然后它开始生长时，真是太令人惊讶了，”图宾根大学的Berasategui说。他们在2020年进行的那次测试表明该物质是微生物，但他们还不知道它是哪种微生物，也不知道它是否会影响甲虫。

该团队随后的分析于今天(8月19日)发表在《当代生物学》杂志上，揭示了该物质是真菌Fusariumoxysporum并记录了它与甲虫的复杂共生关系。在甲虫脆弱的蛹阶段，真菌以某种方式抵御昆虫捕食者。然后，当成年甲虫成虫从蛹壳中破茧而出时，它们会将真菌传播到共同的寄主植物中，例如甘薯植物(Ipomoeabatatas)。这种多物种动态的另一个复杂之处在于，真菌共生体会导致寄主植物出现枯萎病。

“我认为这项研究非常有趣，因为它描述了一种共生体，这种共生体对一个宿主有益，但对另一个宿主具有致病性，”牛津大学进化生物学家KimHoang说，他没有参与这项研究，但协助了一个宿主该期刊的同行评审员对论文发表评论。

使用扫描电子显微镜和基因测序，研究人员首先确定了罪魁祸首：丝状真菌F.oxysporum，一种众所周知的植物病原体。作者写道，在甲虫的整个生命周期中都可以检测到这种真菌，这表明它们存在终生的共生关系。但研究人员将他们的分析重点放在了蛹阶段，因为他们观察到在化蛹开始后不久，真菌生长增加了1,000倍。研究小组成员假设，这种真菌可能对于在甲虫为期六天的化蛹期阻止蚂蚁等捕食者至关重要，因为它们不像其他一些昆虫那样结出保护性的茧。

为了验证这一点，研究人员测量了98只甲虫蛹在其自然栖息地(巴拿马雨林的林下)中不同条件下的存活率。一半被清除了真菌并被放置在密封的笼子里以防止捕食性昆虫进入或暴露在笼子里。还没有清除真菌的甲虫也被放置在两种笼子类型之一中。密封笼子里的甲虫全都活了下来，但露在外面的笼子里就没那么幸运了。然而，那些保护性真菌完好无损的人表现不错，在四天的测试期间有88%的人存活下来，相比之下，那些缺乏真菌的人只有43%。

“因此，蛹的反捕食或防御功能很明确，”塞勒姆谈到这种真菌时说。目前尚不清楚这种真菌如何特异性地阻止甲虫捕食者，但通过调查这种真菌的基因组，研究人员发现基因簇负责产生已知具有杀虫特性的代谢物。

Berasategui说，由于F.oxysporum已知对植物具有致病特性，因此研究人员随后询问这种特别喜欢甲虫的菌株是否保持了这种破坏性功能，即使在与甲虫建立保护性共生关系时也是如此。她说，结果表明这种真菌过着双重生活，一种是甲虫的防御者，另一种是宿主植物的攻击者——但它可能需要甲虫搭便车。

Berasategui及其同事发现，将陆龟甲虫的本地宿主甘薯植株暴露于这种真菌会在三周内持续引发枯萎病。此外，当他们将10株没有真菌的植物与两只刚刚从蛹壳中出现的甲虫隔离时，甲虫在4周的时间内将病原体传播到植物近80%的叶子。

甲虫传播一种毒素可能会适得其反，这种毒素可以杀死昆虫在其整个生命周期中赖以生存的寄主植物。但研究人员表示，这个故事可能更复杂。一种假设是，甲虫可能更喜欢因真菌引起的枯萎而变弱的植物，因为这种疾病削弱了植物对食草动物的防御能力。“是的，它在植物上完成了它的整个生命周期，但在这棵植物枯萎后也可以很容易地转移到新植物上，”塞勒姆指出。

Salem说，最初让研究人员感到惊讶的一个结果是，与该物种群中的大多数其他菌株相比，这种尖孢镰刀菌菌株的基因组非常小。他解释说，其他菌株具有大量基因组，可以帮助它们部署不同的策略来定植不同的宿主植物。“但是，如果你有一只甲虫，它实际上将你从一种植物引导到另一种植物，那么你可能不需要这些辅助基因组。”

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Hoang说，下一步可能是进一步探索防御机制背后的具体运作方式。她赞扬研究作者将基因组研究、实验室工作和现场实验相结合的方法。“他们使用不同的方法来讲述关于共生关系的更完整的故事，”Hoang说。“他们不仅关注宿主和共生体，还研究了它们之间的相互作用如何影响生态群落的其他成员，”她说。“我认为这绝对是更多研究人员应该做的事情。”