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Symbiotic bacteria and insect immunity

来源：花匠小妙招时间：2024-11-10 21:24

摘要：共生菌可通过产生抗菌物质、调控宿主免疫相关基因和微生物种间竞争作用等方式保护昆虫宿主免受病原体的侵染。为维持共生关系，昆虫进化出精细的调控机制避免对共生菌的过激免疫应答，共生菌通过免疫识别信号多态性或化学拟态来降低或躲避宿主免疫系统对自身的伤害。本文在分析共生菌对宿主免疫的功能及其机制的基础上，探讨宿主对免疫应答的精准调控以及共生体系的协同进化，以期为共生菌对宿主免疫影响的深入研究提供参考。

Abstract: Symbiotic bacteria can protect their insect hosts against pathogens by producing antimicrobial substances, regulating host immune-related genes, and competing with exotic pathogens for resources. To maintain the symbiotic relationship, insects have evolved fine-tuned regulatory mechanisms to avoid overactive immune responses to symbiotic bacteria, and the latter reduce or evade the damage from the host immune system via immune recognition signal polymorphisms or chemical mimicry. In this paper, we analyzed the function of symbiotic bacteria on host immunity and the mechanism and then explored the precise regulation of immune response by the host and the coevolution of the symbiotic system, hoping to provide a reference for further research on the influence of symbiotic bacteria on host immunity.

多细胞生物的生存环境充满各种微生物(细菌、真菌、原生生物或病毒)，其中有害的微生物称为外源性病原体。为适应生存环境中的病原体，多细胞生物进化出多种细胞和分子防御机制来抵御病原体的感染，这些防御机制称为免疫[1]。病原体首次感染宿主时，宿主通过模式识别受体(pattern recognition receptors，PRR)来识别病原体的相关分子模式(pathogen associated molecular patterns，PAMP)，以产生抗菌肽(antimicrobial peptide，AMP)或激活吞噬细胞等方式进行免疫应答，这些基础免疫机制被称为先天免疫。当同一病原体反复感染宿主时，脊椎动物的淋巴细胞通过特异性抗原识别受体来特异性识别病原体，形成一种更有选择性的防御系统，即适应性免疫，从而提高宿主的免疫应答时效[2]。昆虫体内没有淋巴细胞，缺乏适应性免疫，而是通过发达的先天免疫来对抗病原体感染[3]。

昆虫的免疫机制包括物理屏障、体液免疫和细胞免疫[4]。昆虫中肠的围食膜构成物理屏障，保护肠壁细胞免受研磨性食物颗粒和消化酶的侵害，但是围食膜具有半透性，不能有效抵御病原体的侵染[5]。当病原体穿过物理屏障时，细胞和体液免疫应答被激活。细胞免疫主要是血细胞对病原体的吞噬、成瘤和包囊等作用[6]。体液免疫包括产生抗菌肽、激活酚氧化酶酶原级联反应和产生活性氧(reactive oxygen species，ROS)[7]。这2类免疫共同抵御病原体的侵染，维护昆虫内环境的稳定[1]。

共生菌对昆虫宿主具有多种功能，能参与昆虫的生理生化过程，影响昆虫的营养、抗药性和天敌防御等[8]。此外，一些研究表明，共生菌还能参与和调节宿主对病原体的免疫应答，或通过生态位竞争来抑制病原菌的增殖，以保护宿主免受病原体的侵染[9]，这类功能称为共生菌的定殖抗性(colonization resistance)[10]。例如，黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)的内共生菌Wolbachia能增强宿主对果蝇C病毒的免疫能力[11]。由于共生菌对宿主免疫功能影响的研究目前仍处于初级阶段，缺乏系统研究。因此，本文在系统总结和分析共生菌对宿主免疫的功能及其机制的基础上，探讨了宿主对免疫应答的精准调控以及昆虫-共生菌共生体系的协同进化，以期为共生菌对宿主免疫影响的深入研究提供参考。

1 共生菌对宿主免疫的功能

共生菌通过多种机制保护昆虫宿主免受外源性病原体的侵袭，包括产生抗菌物质、调控宿主免疫相关基因，及以微生物种间竞争作用来抑制病原菌等[12]。

1.1 产生抗菌物质

很多研究已证实，昆虫体外共生菌可产生抗菌物质，以帮助宿主抵御病原体。如伪叶甲亚科昆虫的共生菌Burkholderia gladioli会产生毒黄素、核霉素、大环内酯和异硫氰酸酯等抗菌物质，保护昆虫宿主在卵期免受病原体的侵害[13]。欧洲狼蜂(Philanthus triangulum)成虫触角中有一种共生菌Streptomyces，成虫将该菌传递给子代，该菌会在幼虫茧表面产生至少9种抗菌物质，保护幼虫免受病原菌的侵害[14]。顶切叶蚁(Acromyrmex subterraneus)表皮上的共生菌Actinobacteria能够分泌抗菌物质以保护宿主免受绿僵菌(Metarhizium anisopliae)的侵害[15]。

昆虫体内的共生菌同样能产生抗菌物质，以提高宿主对病原菌的抵抗能力。沙漠蝗(Schistocerca gregaria)的肠道共生菌成团泛菌(Pantoea agglomerans)可产生酚类物质，抑制绿僵菌在其肠道内的增殖[16]。斯氏按蚊(Anopheles stephensi)中肠的沙雷氏菌(Serratia) AS1重组菌株可以分泌抗疟原虫的效应蛋白[17]。值得注意的是，一些胞内共生菌也能通过产生抗菌物质提高宿主的免疫力，如豌豆蚜血淋巴中的兼性内共生菌Regiella insecticola能抑制真菌Pandora (Erynia) neoaphidis在其体腔内的增殖[18]。胞内共生菌和胞外病原菌存在多重空间阻隔，病原菌通过何种信号途径引发内共生菌的免疫应答呢？目前仍缺乏相关的研究，但有研究发现，内共生菌胞膜上有能与病毒衣壳蛋白结合的受体[19]，这表明的确存在内共生菌和病毒的信息交流。

1.2 调控宿主免疫相关基因

由于宿主需对共生菌的丰度进行调控，因此不难理解，共生菌能够刺激宿主的免疫系统，提高宿主对病原体的免疫应答。共生菌通过调控昆虫宿主体液免疫因子的合成通路，帮助宿主抵抗病原体的侵染。研究表明，西方蜜蜂(Apis mellifera)[20]、斯氏按蚊[21]、点蜂缘蝽(Riptortus pedestris)[22]及刺舌蝇(Glossina morsitans)[23]的肠道共生菌均能够诱导宿主抗菌肽等免疫因子的表达量上调，以保护宿主免受病原体的侵染。此外，共生菌可以在基因表达水平上调控昆虫宿主血细胞的增殖与分化，来提高宿主的细胞免疫应答[24]。回接共生菌Arsenophonus的褐飞虱(Nilapavata lugens)，其雌成虫体内浆血细胞数量显著高于抗生素处理的无菌褐飞虱，Arsenophonus会促进浆血细胞的增殖，从而降低宿主感染黄绿绿僵菌(Metarhizium flavoviride)的机率[25]。

目前，关于共生菌对刺舌蝇细胞免疫影响的研究较为系统。专性胞内共生菌Wigglesworthia能诱导刺舌蝇幼虫肠道内的气味结合蛋白6 (obp6)的表达量上调。obp6能促进宿主造血RUNX转录因子lozenge的系统表达，产生晶体细胞(一类血细胞)，激活宿主的黑色素沉积等免疫应答[26]。与野生型刺舌蝇相比，抗生素处理过的不含Wigglesworthia的刺舌蝇，其体内血细胞数量显著减少，且与造血相关的2种转录因子lozenge和serpent，以及与吞噬和黑化等细胞免疫过程相关的酚氧化酶酶原基因、含硫酯蛋白质基因(tep2和tep4)的表达下调，未见吞噬作用、血淋巴凝血和黑色素沉积。将野生型刺舌蝇的血细胞转移给无菌刺舌蝇后，刺舌蝇对大肠杆菌的免疫恢复正常[23, 27]。用从野生型刺舌蝇体内分离的Wigglesworthia的细胞提取物喂养无菌的雌成虫，可以刺激造血转录因子的表达并且可以促进F1代无菌幼虫的造血作用。此外，在哺乳动物的研究中也发现，小鼠肠道菌释放的肽聚糖(peptidoglycan，PGN)通过肠壁细胞扩散到循环系统，激发中性粒细胞的免疫应答[28]。综上可以推测，Wigglesworthia提取物中的PGN可以刺激刺舌蝇的血细胞分化，提高其免疫能力，但还需进一步研究以明确Wigglesworthia释放的PGN在宿主体内扩散和世代间垂直传递的模式。当然，为了提高刺激宿主血细胞增殖的高效性，共生菌也可能通过PGN以外的PAMP来刺激宿主的免疫应答。

另有研究发现，豌豆蚜体内的关键免疫基因的表达量会随着内共生菌Regiella insecticola丰度的增加而降低。免疫下调不是宿主为了适应共生菌的存在而做出的改变，而是Regiella insecticola为了在宿主中建立更高的丰度而抑制宿主的免疫应答[29]。

1.3 微生物的种间作用抑制病原菌

在宿主体内或体外，通过菌群间的生态位和资源竞争，处于优势种的共生菌可以竞争性地抑制病原菌的增殖，从而提高宿主防御病原菌的能力。在昆虫体外，红翅大小蠹(Dendroctonus rufipennis)的成虫将含有共生菌的口腔分泌物涂到寄主植物上，通过资源竞争拮抗病原性真菌的生长，使昆虫宿主免受真菌的侵害[30]。在昆虫体内，肠道共生菌的多样性、丰度与宿主抵御病原菌的能力相关。肠道共生菌多样性或丰度越高，甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)对苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)的抗性越高[31]，沙漠蝗对病原菌(Serratia marcescens)的抗性越高[32]。这可能是因为宿主肠道共生菌种类越多，占据生态位、营养竞争以及激活免疫应答的能力越强，对外源性病原菌施加的生态位竞争压力就越大，因此越有利于维持肠道生态系统的稳定[33]。例如，在人体内，肠道共生菌可直接竞争性结合肠壁细胞，与病原菌竞争黏附部位、受体或营养物质，从而间接地防御病原体的侵染[34]。进一步的肠道微生物分布和丰度原位监测有助于揭示昆虫体内的共生菌与病原菌之间的竞争关系。

1.4 共生菌与昆虫的免疫致敏

直到最近，人们还认为昆虫缺乏免疫记忆，不存在适应性免疫，因为它们没有类似脊椎动物的特殊记忆细胞。然而，越来越多的研究发现昆虫存在免疫致敏(immune priming)现象。免疫致敏指接触低剂量病原体感染的经历能够增强昆虫抵御病原体感染的能力[35]。如疟原虫侵染冈比亚按蚊(Anopheles gambiae)中肠后，宿主体内的可溶性血细胞分化因子脂质运载蛋白Evokin表达量和脂氧素A4生成量持续增加，从而刺激血细胞的分化，使细胞免疫增强[36]。不同于适应性免疫，免疫致敏不具有微生物特异性。通过病原菌的垂直传递，免疫致敏还可以传递给后代[37]。

据报道，共生菌参与调控昆虫宿主的免疫致敏。除去肠道共生菌后，随血餐摄入的Plasmodium falciparum不再能引起冈比亚按蚊的免疫致敏[38]。在赤拟谷盗(Tribolium castaneum)中，共生菌能调控苏云金芽孢杆菌(Bt)引起的免疫致敏，这可能是因为：(1) Bt产生的Cry毒素破坏了肠壁细胞，促进了肠道共生菌在肠道皮层和血腔中的扩散，提高了宿主的免疫应答水平；(2) 感染Bt后，宿主肠道共生菌的组成或丰度发生改变，拮抗病原菌的能力提高[37]。

2 宿主免疫应答平衡的调控

受宿主取食、发育状态和生存环境等的影响，昆虫体内共生菌的组成不断变化[39]。为了维持昆虫-共生菌既定的共生关系，昆虫需要通过一定机制维持共生菌群落组成的相对稳定。共生菌群落的稳态指的就是共生菌群的组成与宿主免疫之间的动态平衡[40]。在共生菌-昆虫共生体系中，对于昆虫宿主来说，如何有效地耐受共生菌，从而避免免疫的过度激活来维持共生菌群落的稳态是一个挑战。

2.1 宿主免疫系统的退化

豌豆蚜的免疫应答较为独特，它缺乏IMD-AMP免疫应答过程中与细菌识别(如PGRP)、信号转导(如IMD或Relish)和抗菌反应(如defensins等抗菌肽)有关的大部分基因，抵抗革兰氏阴性菌侵染相关的免疫基因缺失，完全依靠内共生菌Buchnera aphidocola来调控其细胞免疫应答。豌豆蚜对共生菌的免疫依赖被认为是一种适应性结果，免疫系统退化可以满足单一共生菌定殖的需要[41]。相较于如此极端的适应结果，宿主通过精细调控免疫应答来区别对待共生菌和外源性病原菌具有更普遍的进化意义。

2.2 负调控因子对免疫应答的精准调控

如果共生菌或病原菌能进化出微生物特异性的PAMP，宿主的免疫系统就能区分对待共生菌或病原菌，从而维持免疫平衡。例如，黑腹果蝇的常见病原菌Erwinia carotovora subspecies carotovora 15产生的尿嘧啶会激活宿主肠道细胞的DUOX途径，而肠道共生菌不产生尿嘧啶[42]。实际上，宿主识别微生物的PAMP，如细菌的PGN、脂多糖、脂磷壁酸以及真菌中的葡聚糖和甘露聚糖，通常不具有微生物特异性，即共生菌与病原菌的PAMP相似[43]，宿主只有对免疫应答进行精准的调节，才能维持免疫系统清除病原菌和耐受共生菌之间的平衡[44]。目前，已明确负调控因子对免疫应答的调控机制[45]，在此以黑腹果蝇肠壁细胞的免疫应答为例进行说明(图 1)。

图 1 黑腹果蝇中肠免疫系统IMD和DUOX信号通路介导AMP和ROS的产生[46] Figure 1 Production of AMP and ROS by the IMD and DUOX pathway in the Drosophila melanogaster midgut immune system[46]. Solid lines indicate activation, and dashed lines indicate inhibition. The thickness of the line indicates the strength of the signal. A: in the presence of the symbiotic bacteria; B: in the presence of the pathogenic bacteria.

(1) IMD-AMP免疫应答途径

当外源性病原体侵染宿主细胞时，位于肠壁细胞膜的肽聚糖结合受体(PGRP-LC)、细胞内的肽聚糖结合受体(PGRP-LE)识别细菌细胞壁上的PGN并与之结合，激活IMD信号通路[44]。IMD信号通路激活转录因子Relish，进而诱导抗菌肽等免疫因子的表达[46]。免疫应答在清除病原体的同时，必须容许共生菌的存在。

细菌的丰度会影响免疫应答的性质。肠道内只有共生菌时，少量的PGN与PGRP结合，激活IMD信号通路的基础活性(basal activity)，活化少量的转录因子Relish进入细胞核。在细胞核内，转录抑制因子Caudal与Relish特异性结合，抑制肠壁细胞表达抗菌肽[47]。此外，Relish诱导IMD信号通路负调控因子(PIMS、PGRP-LB和PGRP-SC)的适量表达，维持肠道共生菌群落的稳态[46]。PIMS可以阻止PGN结合受体PGRP-LC向细胞表面迁移，减少位于细胞表面的受体数量并且阻碍IMD信号通路的启动[48]。具有酰胺酶活性的PGRP-LB和PGRP-SC可以裂解PGN，使共生菌分泌的PGN维持在较低水平，从而抑制IMD信号通路的过激应答[49]。当大量外源性病原菌侵染时，病原菌在肠道内的迅速分裂增殖导致PGN浓度快速升高，IMD信号通路应答增强，大量的Relish进入细胞核内，克服Caudal的抑制，因此抗菌肽大量表达[46]。

(2) DUOX-ROS免疫应答途径

DUOX免疫途径产生的ROS具有杀菌活性。当昆虫肠道内只有共生菌群时，双磷酸酶MKP3通过抑制p38信号通路，抑制DUOX的表达，但ROS合成仍然发生。肠壁细胞表面的G蛋白偶联受体(GPCR)与Non-PGN的PAMP结合后，通过肌醇磷脂信号途径，动员细胞内Ca2+激活DUOX，维持肠道内ROS的基础水平，抑制共生菌的过度增殖[50–51]。当大量外源性病原菌侵染时，依赖Ca2+信号的DUOX的基础活性不足以对抗病原菌的侵染[46]。在这种情况下，PGN刺激IMD和p38信号通路的应答增强，DUOX大量表达，而Non-PGN刺激p38信号通路应答增强，消除MKP3的抑制作用，诱导DUOX大量表达[52]。

2.3 空间隔离共生菌

为了维持共生菌的丰度及确保共生菌有可用的资源，昆虫宿主会为共生菌提供专门的组织作为寄生场所。这些组织是宿主对共生菌的定殖做出的适应性进化[53]。在这些组织内，共生菌可能营胞内或胞外寄生。在点蜂缘蝽-Burkholderia共生体系中，共生菌增强了宿主的免疫能力，而宿主通过沉默共生菌聚集区(中肠M4区隐窝处)的免疫应答，维持了胞外共生菌的正常丰度[22]。在果蝇肠道的不同组织区域，免疫相关基因(如抗菌肽编码基因和Caudal)的表达有很大差异[40]。区域特异性表达的抗菌肽可以实现宿主肠道区域特异性的共生菌组成和丰度的调节。

内共生菌被隔离在特定的含菌细胞中，受宿主体液免疫的影响较小。但宿主会选择将含菌细胞限制在特定的空间，以提高免疫应答的特异性。此外，含菌细胞有特异性的免疫应答机制，以维持内共生菌的稳态。刺舌蝇中肠内的菌胞体为共生菌Wigglesworthia leginidia提供了生存空间，并且PGRP-LB基因在该部位中有较强的表达。PGRP-LB可以清除Wigglesworthia释放的PGN，抑制抗菌肽的产生[54]。当然，宿主也需要通过一定的免疫机制，抑制内共生菌的过度增殖。玉米象(Sitophilus zeamais)在含菌细胞中仅表达coleoptericin A (ColA)这一种抗菌肽，并且ColA的转录水平与玉米象内共生菌群丰度成正比，能特异性抑制内共生菌的胞质分裂、过度增殖和扩散[55]。

3 共生菌对宿主的免疫适应

共生菌与病原菌一样，在宿主体内新陈代谢过程中均会释放PAMP引起宿主的免疫应答。一些共生菌进化出特殊的适应能力，如通过改变细胞壁PAMP的组成和化学拟态等方式来减弱宿主免疫应答对自身的影响。

3.1 共生菌PAMP的特化

为了降低宿主免疫应答对自身的影响，共生菌会改变自身细胞壁成分，降低对宿主免疫系统的刺激。刺舌蝇肠道共生菌Sodalis glossinidius的外膜蛋白A (OmpA)暴露区域中的氨基酸系列发生变化，与致命性病原细菌Escherichia coli K12的OmpA的结构存在显著差异。然而，表达Sodalis OmpA的重组E. coli K12菌株侵染宿主时，宿主存活了下来。相反，表达E. coli K12 OmpA的重组Sodalis菌株侵染宿主后，宿主死亡。基因表达图谱显示，表达E. coli K12 OmpA的重组Sodalis菌株不能诱导抗菌肽的产生。相反，表达Sodalis OmpA的重组E. coli K12菌株能够引发宿主强烈的免疫应答。RNA干扰舌蝇负反馈调节因子PGRP-LB后，感染E. coli K12后宿主的死亡率显著降低。这表明PGRP-LB表达上调导致宿主对OmpA突变体的微弱免疫应答。OmpA暴露区域的多态性代表了共生菌的一种适应机制，减弱了昆虫宿主对共生菌的免疫应答[56]。

3.2 化学拟态

在埃及伊蚊(Aedes aegypti)和尖音库蚊(Culex pipiens)肠道中，共生菌群会利用宿主表达的C型凝集素抵消宿主免疫的不利影响，C型凝集素包裹在共生菌表面，掩护共生菌免于被肠壁细胞的PGRP识别以及保护共生菌免受抗菌肽的作用，从而适应严酷的肠道环境，进行长期定殖[57]。昆虫病原真菌已经进化出许多躲避宿主免疫的策略[58]，这为共生菌的相关研究提供了借鉴。例如，绿僵菌侵染大蜡螟(Galleria mellonella)时会采用伪装策略。大蜡螟侵染血腔20 min内就会产生Mcl1蛋白，Mcl1蛋白构成的抗黏附胶原层可以掩盖细菌细胞壁的PAMP，从而避免宿主血细胞的识别和吞噬[59]。

4 免疫共生体系的协同进化

从昆虫的角度来讲，共生菌的存在可以帮助宿主抵御病原体的侵染。为了维持共生关系，昆虫必须降低其对共生菌的免疫能力，但昆虫对共生菌的免疫应答并未完全消失，因为昆虫需要抑制体内共生菌的过度增殖。从共生菌的角度来讲，共生菌在宿主体内获取营养和生存环境，同时，共生菌进化出相应的自我保护机制以降低昆虫免疫系统对自身的伤害(表 1)。

表 1. 昆虫-共生菌共生体系的协同进化 Table 1. Coevolution of insect-symbiotic bacteria

Partner Effect Impact Evolutionary force Evolutionary pattern Insect hosts Positive effects (1) Improved immunity (1) To improve communication efficiency between symbiotic partners (1) Symbiosomal membranes produced by the host with selective permeability of metabolites[60] Negative effects (1) Excessive energy consumption of immune response
(2) Excessive nutrition consumption of symbiotic bacteria (1) To reduce energy consumption of immune response and excessive nutrient consumption of symbiotic bacteria (1) Negative feedback regulation of the immune system[45–46, 50–51]
(2) Decline of the immune system[41]
(3) Spatial-specific immune response[22, 40, 53] Symbiotic bacteria Positive effects (1) Stable niche (environment/nutrition) (1) To improve the function of functional genes (1) Decline of genome[61] (2) To improve communication efficiency between symbiotic partners (1) Increase in permeability of bacterial membrane[62] Negative effects (1) Damage from host immune response (1) To avoid damage from host immune response (1) Chemical mimicry[57]
(2) Decrease of PAMP production[22]
(3) Polymorphism of PAMPs[56]

点蜂缘蝽-Burkholderia共生体系能很好地解释共生双方的协同进化。点蜂缘蝽(Riptortus pedestris)从土壤中获得共生菌Burkholderia。成为点蜂缘蝽的肠道共生菌后，Burkholderia仍保留独立存活的能力，很容易体外培养，因此，可以将Burkholderia从宿主中肠分离出来，进行形态和代谢产物的分析，并以体外培养的Burkholderia为对照，可以揭示共生菌适应宿主的分子机制。例如，从点蜂缘蝽肠道分离的Burkholderia细胞壁完整性降低，细胞壁上的抗原多糖含量降低，但是体外培养1 d后，该菌细胞壁的完整性和抗原多糖含量均恢复至正常水平，这就表明Burkholderia的细胞壁变化是为适应宿主而进化的特征。为了提高共生体系之间的信息交流，共生菌细胞壁的完整性降低，导致其在除M4区以外的中肠组织内无法存活，这也提高了宿主免疫系统对其丰度的精细控制作用。细胞壁上的抗原多糖含量降低，这也减少了宿主的免疫应答[22]。

5 结语

目前，已经明确共生菌会对昆虫宿主的免疫功能产生影响。在昆虫-共生菌的共生体系中，共生菌通过产生抗菌物质、调控宿主免疫相关基因表达、微生物种间竞争作用等方式保护昆虫宿主免受病原体的侵染。同时，昆虫也进化出精细的调控机制以避免对共生菌的过激免疫应答。共生菌通过改变自身细胞壁中PAMP的组成及化学拟态等方式来降低或躲避宿主免疫系统对自身的影响。目前仍未明确共生菌识别病原菌的机制，共生菌释放的特异性信号物质及其跨膜传递途径[63]，以及共生菌产生的信号物质刺激宿主体液免疫和血细胞增殖分化的机制[20, 23]。

由于共生菌-昆虫相互作用的模式、共生菌在昆虫宿主中的位置以及共生菌种间作用的复杂性，昆虫的免疫应答具有复杂的时空特异性，且许多共生菌不易在体外培养，极大地限制了共生菌对宿主功能及其机制的研究[22]。因此，需要对昆虫-病原菌、昆虫-共生菌相互作用进行详尽的比较分析，以阐明建立共生关系的分子机制。从生态学的角度出发，研究共生关系的形成、维持和进化，需要开展不同共生菌之间、共生菌与宿主之间以及与环境非生物因子多维度的互作研究。随着新一代高通量测序技术的广泛应用，基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学以及微生物组等组学的快速发展，为昆虫-共生菌互作分子机制的研究提供了更为有效的手段。可以通过转录组学和代谢组学关联分析和功能研究，阐明共生菌与宿主间的信息交流[64]。

加强昆虫-共生菌共生体系相互作用的研究，明确共生菌在宿主免疫功能中的作用，将有助于从昆虫体内获得微生物资源和基因资源，开发基于共生菌的新型虫害控制策略。例如，Wolbachia可降低甚至清除人类病原体在蚊媒中的感染，抑制登革热病毒、基孔肯雅病毒、黄病毒、疟原虫和丝虫等病原体感染蚊媒[65]。共生菌产生的抗菌物质可以用来预防病原体感染动植物[13]，如Burkholderia基因组编码的代谢产物具有抗肿瘤抗癌以及抗菌的能力[66]。此外，明确共生菌调控宿主免疫应答的生理机制，有助于推进共生菌对宿主的其他功能，如化学通讯、抗药性和营养共生等的深入研究。这是因为：(1) 在昆虫对微生物的免疫应答和稳态调控方面，目前已系统地揭示了微生物和宿主间的信息交流和免疫信号通路作用的分子机制[33]，这可以为研究共生菌与宿主间的信息交流提供思路；(2) 共生菌可能通过免疫系统对昆虫生理生化产生深远的影响，如共生菌可通过影响昆虫的免疫系统来调控宿主的抗药性[67]。

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