近日，植保所抗蟲(chóng)功能基因研究與利用創(chuàng )新團隊抗蟲(chóng)生物技術(shù)創(chuàng )新任務(wù)在國際知名期刊《Microbiome》上發(fā)表了題為“Lignocellulose degradation in  Protaetia brevitarsis  larvae digestive tract: refining on a tightly designed microbial fermentation production line”的研究論文，該論文揭示了重要農業(yè)昆蟲(chóng)白星花金龜（ Protaetia brevitarsis ）幼蟲(chóng)與腸道微生物協(xié)作，高效消化秸稈等農業(yè)廢棄物的機制。

 

　　白星花金龜屬鞘翅目金龜甲科，是一種極具應用前景的“害蟲(chóng)”。首先，其成蟲(chóng)是一種重要的農業(yè)害蟲(chóng)，為害包括玉米、葵花等作物，葡萄、梨等果樹(shù)的花和果實(shí)；然而，其幼蟲(chóng)為腐食性，不為害植物，是一種資源昆蟲(chóng)，可以將農業(yè)廢棄物轉化為優(yōu)質(zhì)的昆蟲(chóng)蛋白與脂肪，已經(jīng)作為“微家畜”被馴養。該團隊前期研究發(fā)現，其幼蟲(chóng)轉化產(chǎn)生的糞砂含有大量生物腐殖酸（含量為常規堆肥10倍、結構與土壤腐殖酸相似），對植物有較好的生長(cháng)促進(jìn)作用。上述研究進(jìn)展表明白星花金龜在農業(yè)廢棄物高值利用、耕地修復、糧食安全與土壤碳封存等多個(gè)方面都顯示出較好的應用潛力。

 

　　本次研究，該團隊利用前期完成的基因組測序成果，結合腸道微生物組，在共生功能體（Holobiont）水平對白星花金龜幼蟲(chóng)高效消化秸稈等農業(yè)廢棄物的機制進(jìn)行了探究。研究發(fā)現，在消化過(guò)程中，腸道菌群提供了主要的木質(zhì)纖維素水解酶，而白星花金龜幼蟲(chóng)提供了生理性功能互補，整個(gè)消化過(guò)程如同一條精密設計的微生物發(fā)酵生產(chǎn)線(xiàn)，兩者相互協(xié)作，對木質(zhì)纖維素等有機質(zhì)進(jìn)行多步驟的消化利用。首先，白星花金龜幼蟲(chóng)口器咀嚼磨碎木質(zhì)纖維素；進(jìn)一步，中腸的堿性環(huán)境溶解木質(zhì)纖維素；后腸的近中性環(huán)境為腸道菌群提供了適宜的發(fā)酵環(huán)境，而腸道菌群合成大量水解酶對溶解后的木質(zhì)纖維素進(jìn)行消化；最后，發(fā)酵消化后的殘渣經(jīng)過(guò)直腸脫水，由肛門(mén)排出體外。相關(guān)機制的解析為推進(jìn)白星花金龜在農業(yè)廢棄物轉化方面的應用提供了理論基礎，該團隊進(jìn)一步將重點(diǎn)圍繞無(wú)害化、可推廣的品系培育開(kāi)展研究，實(shí)現“變害為寶”。

 

　　中國農業(yè)科學(xué)院植物保護研究所博士后王奎為論文第一作者，束長(cháng)龍研究員為論文通訊作者，該研究得到國家自然科學(xué)基金面上項目的資助。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1186/s40168-022-01291-2