2024, Vol. 64
表1(Table 1)
不同翅型豌豆修尾蚜细菌群落组成及多样性
http://dx.doi.org/10.13343/j.cnki.wsxb.20240234
中国科学院微生物研究所，中国微生物学会
中国科学院微生物研究所，中国微生物学会
文章信息
- 陈冉, 皇甫宁博, 王利沙, 王丽, 李东阳, 姬继超, 雒珺瑜, 朱香镇, 张开心, 马德英, 崔金杰. 2024
- CHEN Ran, HUANGFU Ningbo, WANG Lisha, WANG Li, LI Dongyang, JI Jichao, LUO Junyu, ZHU Xiangzhen, ZHANG Kaixin, MA Deying, CUI Jinjie.
- 不同翅型豌豆修尾蚜细菌群落组成及多样性
- Community structure and diversity of bacteria in winged and wingless Megoura crassicauda
- 微生物学报, 64(11): 4190-4203
- Acta Microbiologica Sinica, 64(11): 4190-4203
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文章历史
- 收稿日期：2024-04-12
- 网络出版日期：2024-09-06
引用本文 |
陈冉, 皇甫宁博, 王利沙, 王丽, 李东阳, 姬继超, 雒珺瑜, 朱香镇, 张开心, 马德英, 崔金杰. 不同翅型豌豆修尾蚜细菌群落组成及多样性[J]. 微生物学报, 2024, 64(11): 4190-4203.
Chen Ran, Huangfu Ningbo, Wang Lisha, Wang Li, Li Dongyang, Ji Jichao, Luo Junyu, Zhu Xiangzhen, Zhang Kaixin, Ma Deying, Cui Jinjie. Community structure and diversity of bacteria in winged and wingless Megoura crassicauda[J]. Acta Microbiologica Sinica, 2024, 64(11): 4190-4203.
不同翅型豌豆修尾蚜细菌群落组成及多样性
1. 中国农业科学院棉花研究所, 棉花生物育种与综合利用全国重点实验室, 河南 安阳 455000;
2. 新疆农业大学 农学院, 棉花教育部工程研究中心, 新疆 乌鲁木齐 830000
2. 新疆农业大学 农学院, 棉花教育部工程研究中心, 新疆 乌鲁木齐 830000
摘要：[目的] 明确有翅和无翅豌豆修尾蚜[Megoura crassicauda (Mordvilko)]细菌种类与群落组成。[方法] 采用Illumina MiSeq高通量测序技术对有翅和无翅豌豆修尾蚜细菌16S rRNA基因的V3−V4变异区进行测序。[结果] 从总的样本中共测得4 746 449条序列，注释到25门46纲106目192科336属477种586操作分类单元(operational taxonomic unit, OTU)。在总样本中，优势菌群包括厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)以及蓝藻细菌门(Cyanobacteria)。葡萄球菌属(Staphylococcus)、棒状杆菌属(Corynebacterium)和布赫纳氏菌属(Buchnera)作为优势菌属显著存在。相较于无翅组，有翅组样本中变形菌门(Proteobacteria)与蓝藻细菌门(Cyanobacteria)的相对丰度呈显著提升，有翅组中异常球菌-栖热菌属(Deinococcus-Thermus)的相对丰度极显著高于无翅组，体现了明显的群落结构差异。在有翅组中布赫纳氏菌属(Buchnera)、微小杆菌属(Exiguobacterium)、假单胞菌属(Pseudomonas)的相对丰度显著高于无翅组，有翅组中谷氨酸杆菌属(Glutamicibacter)、假诺卡氏菌属(Pseudonocardia)的相对丰度极显著高于无翅组。[结论] 本研究明确了有翅和无翅豌豆修尾蚜细菌多样性和群落组成，可为探索共生细菌参与蚜虫翅型分化作用机制以及找到害虫防治的新方法提供参考。
关键词：豌豆修尾蚜 细菌 翅型分化 高通量测序 生物多样性
Community structure and diversity of bacteria in winged and wingless Megoura crassicauda
1. State Key Laboratory of Cotton Bio-breeding and Integrated Utilization, Institute of Cotton Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Anyang 455000, Henan, China;
2. Cotton Engineering Research Center, Ministry of Education, College of Agronomy, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830000, Xinjiang, China
2. Cotton Engineering Research Center, Ministry of Education, College of Agronomy, Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830000, Xinjiang, China
Abstract: [Objective] To study the species and community structure of bacteria in winged and wingless Megoura crassicauda (Mordvilko). [Methods] Illumina MiSeq high-throughput sequencing was carried out for the V3−V4 variable region of bacterial 16S rRNA gene. [Results] A total of 4 746 449 sequences were obtained and annotated to 586 operational taxonomic units (OTUs) belonging to 477 species, 336 genera, 192 families, 106 orders, 46 classes of 25 phyla. Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, and Cyanobacteria were the dominant phyla in all samples. The dominant genera included Staphylococcus, Corynebacterium, and Buchnera. At the phylum level, the relative abundance of Proteobacteria, Cyanobacteria, and Deinococcus-Thermus in the winged morph was significantly higher than that in the wingless morph. At the genus level, the relative abundance of Buchnera, Exiguobacterium, Pseudomonas, Glutamicibacter, and Pseudonocardia in the winged morph was significantly higher than that in the wingless morph. [Conclusion] This study clarified the diversity and community structure of the bacteria in winged and wingless M. crassicauda and provided a reference for exploring the role of bacteria in the wing differentiation of aphids and developing new methods for pest control.
Keywords:
Megoura crassicauda (Mordvilko) bacteria wing differentiation high-throughput sequencing biodiversity
昆虫体内存在着各种各样的细菌，这些细菌历经漫长的进化历程，与昆虫建立起互利共生关系，参与并促进了宿主的生命活动[1]。它们参与宿主的消化与营养吸收过程，为宿主提供食物中匮乏但昆虫本身无法合成的必需氨基酸[2]。此外，这些共生细菌还间接地作用于宿主的繁殖策略，对交配行为与生殖能力产生显著影响[3]，同时共生菌通过优化宿主的营养代谢机制及增强对病原体的防御能力，精准调控着昆虫宿主的生长与发育速率[4]。昆虫细菌能够直接参与有毒物质的代谢转化，或诱导宿主细胞表达与解毒相关的基因，从而有效减轻毒性负担[5-7]，昆虫共生细菌影响植物化学物质和农药(杀虫剂和除草剂)的代谢[8]，还能够促进昆虫宿主的内源性解毒能力[9]。
细菌因其对宿主生理生化的关键调控作用，已经成为农业昆虫研究领域的热点之一。深入研究细菌与宿主昆虫之间的相互作用，有助于发现新的害虫防治策略。例如，研究微生物共生体对果蝇(Drosophila melanogaster)昆虫信息素的影响，发现微生物能够干预其聚群、性通讯及配偶选择机制，进而可能削弱其吸引力和繁殖潜能[10]。在埃及伊蚊(Aedes aegypti)携带沃尔巴克氏体(Wolbachia)的雄蚊与不携带沃尔巴克氏体或携带不同型的沃尔巴克氏体的雌蚊交配会产生不孵化的卵，这一机制通过操纵细菌类型实现了对蚊子种群的有效控制，从而阻碍了蚊媒疾病的传播路径[11]。此外，感染沃尔巴克氏体的黑腹果蝇(Drosophila melanogaster)对控制登革热病媒传播有重要作用[12]。在农业害虫褐飞虱(Nilaparvata lugens)体内，沃尔巴克氏体还具备抵抗水稻齿叶矮缩病毒(rice ragged stunt virus, RRSV)的能力，显示了其在生物防治中的多重价值[13]。
综上所述，分析豌豆修尾蚜[Megoura crassicauda (Mordvilko)]细菌群落的多样性，探究其微生物群落结构的特征，并揭示细菌与宿主昆虫间的互作关系，有助于深入了解豌豆修尾蚜的细菌组成和多样性，可以为豌豆修尾蚜的防治工作提供全新策略。未来的研究可以在此基础上，持续发掘细菌与宿主昆虫之间的关系，为农业害虫防治提供更多可能性。
豌豆修尾蚜是豆科作物危害最大的农业害虫之一[14-16]，其分布范围遍及全球各地[17]。为了深入理解豌豆修尾蚜的生态行为及其潜在的防控策略，研究了豌豆修尾蚜不同翅型间的细菌群落构成与多样性。利用高通量测序技术，针对豌豆修尾蚜不同翅型个体的细菌群落进行了基于16S rRNA基因V3−V4变异区的序列测定，详细分析了细菌群落的组成和多样性，发现豌豆修尾蚜的细菌群落构成丰富且复杂，各种细菌在其中发挥重要的作用，本研究丰富了对共生细菌如何参与蚜虫翅型分化的认识，也为探索绿色、可持续的蚜虫防控策略奠定了坚实的理论基础。
1 材料与方法 1.1 供试虫源在中国农业科学院棉花研究所的养虫室中，豌豆修尾蚜种群经过连续多代的纯化，并置于纱网笼中(25 cm×25 cm×25 cm)以蚕豆(Vicia faba L.)为寄主进行饲养，有翅豌豆修尾蚜和无翅豌豆修尾蚜均为自然产生，以模拟自然环境下的种群变化。豌豆修尾蚜的实验室饲养条件：光照(L)/黑暗(D)=14 h/10 h，温度(25±1) ℃，相对湿度(60±5)%。
1.2 样品收集使用1.5 mL无菌离心管分别收集有活力的2日龄有翅、无翅豌豆修尾蚜成蚜，将蚜虫置于冰上3−5 min等待其昏迷后，使用75%乙醇擦拭昆虫表面30 s左右，并使用无菌水冲洗3次以去除外部污染，每个样品设置8个生物学重复，每个重复50头蚜虫，样品收集完成迅速放入液氮中冷冻后，放入−80 ℃冰箱中贮存，以备提取DNA。
1.3 样品基因组DNA的提取在玻璃匀浆器中磨碎收集的豌豆修尾蚜样品，按照血液基因组DNA提取试剂盒[天根生化科技(北京)有限公司]说明书提取基因组DNA。用微量分光光度计(ThermoFisher Scientific公司)检测提取的DNA浓度和OD值，提取的DNA样品保存于−80 ℃冰箱中。分别命名无翅豌豆修尾蚜样品为MCWL1、MCWL2、MCWL3、MCWL4、MCWL5、MCWL6、MCWL7、MCWL8，有翅豌豆修尾蚜样品为MCW1、MCW2、MCW3、MCW4、MCW5、MCW6、MCW7、MCW8。样品送至上海美吉生物医药科技有限公司，通过Illumina MiSeq平台进行共生细菌的检测和测序。
1.4 实时荧光定量qPCR使用qPCR对两个差异菌株进行检测，引物见表 1。根据2−∆∆Ct法计算差异菌株的相对含量：记录Ct值，然后通过2−∆∆Ct法计算基因的相对表达水平，并借助GraphPad Prism绘制柱状图呈现结果。
表 1. qPCR反应中使用的引物
Table 1. Primer sequences used for qPCR
| 物种 Species |
引物名称 Primer name |
引物序列 Primer sequences (5′→3′) |
| 棒状杆菌属 Corynebacterium |
DL-Cor-F | ACGGGCATAACTTGAGTGCTGTAG |
| DL-Cor-R | TTCGCCATCGGTGTTCCTCCT | |
| 布赫纳氏菌属 Buchnera |
DL-Buc-F | GATGTGAAATCCCTGGGCTTAACCTA |
| DL-Buc-R | TTCGCACCTCAGTGTCAGTATTCG | |
| 葡萄球菌属 Staphylococcus |
DL-Sta-F | AGGGTCATTGGAAACTGGGAAACTTG |
| DL-Sta-R | GCCACTGGTGTTCCTCCATATCTCT | |
| 谷氨酸杆菌属 Glutamicibacter |
DL-Glu-F | ACGGGCAGACTAGAGTGATGTAGG |
| DL-Glu-R | TTCGCCATCGGTGTTCCTCCT | |
| 微小杆菌属 Exiguobacterium |
DL-Exi-F | GAAGGCTTGAGTACAGAAGAGAAGAGTG |
| DL-Exi-R | CAGCGTCAGTTACAGACCAAAGAGT |
1.5 数据统计和分析
针对每个独立样本的成对末端PE reads读取数据，进行质量控制、过滤与优化，以便识别操作分类单元(operational taxonomic unit, OTU)。通过对OTU代表序列和丰度分布数据的分析，进行了生态学和统计学研究。这些研究包括物种水平的分类鉴定、群落结构多样性的评估、物种间差异性的探索、生态相关性分析以及系统发育树的构建。这些步骤有助于深入地了解样本中微生物的组成和功能，对微生物群落有了更全面的认识。
利用UPARSE软件(http://drive5.com/uparse/,version7.1)对经过质控处理的所有有效数据进行聚类分析，将序列按照97%的一致性聚类成OTUs。然后，可以利用QIIME软件(http://qiime.org/install/index.html)中的blast方法结合SILVA数据库(https://www.arb-silva.de/)进行物种注释分析，从而在不同的分类水平上注释群落的物种信息，包括界(kingdom)、门(phylum)、纲(class)、目(order)、科(family)、属(genus)、种(species)等。同时，采用RDP Classifier贝叶斯算法(https://sourceforge.net/projects/rdp)对97%相似度的OTU代表序列进行分析，统计各样本在域(domain)、界、门、纲、目、科、属、种的群落物种组成。使用MEGA X软件进行系统发育分析，根据16S rRNA基因序列构建系统发育树，并设置bootstrap重复次数为1 000次，以增强树状图的可靠性。通过系统发育分析，揭示微生物群落之间的进化关系，深入理解微生物在不同环境下的生态功能和演化历史。
2 结果与分析 2.1 豌豆修尾蚜体内细菌基因序列OTU聚类分析经过测序数据质控，对16个样本的数据进行了优化，并进行了统一管理和结果展示，如表 2所示。每个样本平均包含51 968条序列，碱基数约为22 249 916，序列长度在427.47−428.58 bp之间，共获得1 873个OTUs。通过对数据的分析和处理，为后续的实验研究奠定了基础，也为更深入地了解样品的微生物组成提供了参考。
表 2. 各样本质控后的数据统计
Table 2. Statistical data of each sample after quality control
| 样本编号 Sample number |
序列数 Sequences |
碱基数 Bases (bp) |
平均长度 Average length (bp) |
OTUs |
| MCW1 | 42 667 | 18 269 407 | 428.19 | 85 |
| MCW2 | 46 724 | 20 016 512 | 428.40 | 100 |
| MCW3 | 51 518 | 22 079 652 | 428.58 | 89 |
| MCW4 | 46 803 | 20 050 450 | 428.40 | 111 |
| MCW5 | 50 990 | 21 810 215 | 427.74 | 140 |
| MCW6 | 51 518 | 22 061 445 | 428.23 | 125 |
| MCW7 | 45 853 | 19 615 764 | 427.80 | 132 |
| MCW8 | 52 516 | 22 448 885 | 427.47 | 125 |
| MCWL1 | 56 759 | 24 264 388 | 427.50 | 270 |
| MCWL2 | 44 764 | 19 187 558 | 428.64 | 76 |
| MCWL3 | 54 755 | 23 460 350 | 428.46 | 79 |
| MCWL4 | 57 669 | 24 680 752 | 427.97 | 99 |
| MCWL5 | 53 018 | 22 705 043 | 428.25 | 95 |
| MCWL6 | 70 048 | 29 986 797 | 428.09 | 126 |
| MCWL7 | 56 551 | 24 226 014 | 428.39 | 134 |
| MCWL8 | 49 342 | 21 135 438 | 428.35 | 87 |
通过不同测序深度下细菌α多样性指数构建曲线分析(图 1A)，发现随着测序深度增加，稀释曲线逐渐平缓，数据趋于饱和，覆盖率超过99%。这表明在本研究中采集的样本测序数据是充分而合理的，成功检测到豌豆修尾蚜体内绝大多数细菌。研究结果为进一步深入了解豌豆修尾蚜微生物组提供了重要依据，为未来相关研究奠定了基础。
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| 图 1 豌豆修尾蚜不同样本丰富度稀释曲线及物种组成维恩图 Figure 1 The rarefaction curves and species composition Venn diagrams of different samples of Megoura crassicauda. MCW: Winged Megoura crassicauda; MCWL: Wingless M. crassicauda. A: Dilution curves of endosymbiotic bacteria in aphids. B: Venn diagram showing differences in gut microbiota at the family level. C: Venn diagram showing differences in gut microbiota at the genus level. D: Venn diagram showing differences in gut microbiota at the OTU level. |
2.2 豌豆修尾蚜细菌物种组成分析
Venn分析结果表明，在科水平上，有翅蚜和无翅蚜分别注释到128个和165个科，其中有30个和67个科为特有(图 1B)。在属水平，有翅蚜注释到218个属，其中特有71个属，无翅蚜注释到273个属，其中特有126个属(图 1C)。进一步通过操作分类单元(OTU)群落聚类及相关性分析发现，豌豆修尾蚜有翅蚜包含346个数目，其中特有为143个；无翅蚜拥有472个数目，其中特有为269个(图 1D)。对比之下，无翅和有翅豌豆修尾蚜在科、属、OTUs共有数目分别为98、147、203个。豌豆修尾蚜的无翅形态展现出更广泛的科属分布，具有更为丰富的细菌多样性。在门水平上，厚壁菌门(Firmicutes, 92.26%)、放线菌门(Actinobacteria, 4.23%)、变形菌门(Proteobacteria, 3.18%)是豌豆修尾蚜细菌中的优势门类。总样本中，优势门类的分布与各样品一致，但不同重复样品之间存在一定差异，反映了不同昆虫个体之间的差异(图 2)。厚壁菌门(Firmicutes)在无翅蚜和有翅蚜中的比例分别为94.34%和89.90%，放线菌门(Actinobacteria)在无翅蚜和有翅蚜中比例分别为4.20%和4.27%，变形菌门(Proteobacteria)在无翅蚜和有翅蚜中比例分别为1.29%和5.35% (图 3A、3B)。在有翅蚜中，变形菌门(Proteobacteria)和蓝藻细菌(Cyanobacteria)相对丰度显著高于无翅型，有翅型中异常球菌-栖热菌门(Deinococcus-Thermus)相对丰度极显著高于无翅组(图 3C)。
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| 图 2 不同翅型豌豆修尾蚜体内细菌门水平组成 Figure 2 The composition of symbiotic bacteria at the phylum level. |
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| 图 3 门水平上细菌群落的丰度百分比及多物种差异的显著性 Figure 3 The percentage abundance of bacterial communities at the phylum level and the significance of multi-species differences. A: Horizontal bacterial community distribution of winged aphids. B: Distribution of horizontal bacterial communities of wingless aphids. C: Multispecies differences tested at the gate level. * indicates a significant difference; ** represents a very significant difference. |
在属水平中，豌豆修尾蚜细菌共注释到了344个属。其中，葡萄球菌属(Staphylococcus, 92.06%)、棒状杆菌属(Corynebacterium, 3.22%)、布赫纳氏菌属(Buchnera, 2.84%)在总体样本和个体样本中均表现出相似的优势地位，揭示了这些细菌在豌豆修尾蚜中的重要性。通过比较不同重复样品之间的差异，观察到昆虫个体间细菌的相对丰度存在差异(图 4)。葡萄球菌属在有翅型和无翅型豌豆修尾蚜样品中占比分别为89.66%和94.18%，棒状杆菌属占比分别为2.97%和3.45%，布赫纳氏菌属占比分别为4.86%和1.08% (图 5A、5B)。在所有的属中，有翅型中布赫纳氏菌属(Buchnera)、norank_f_norank_o_Chloroplast、微小杆菌属(Exiguobacterium)、假单胞菌属(Pseudomonas)的相对丰度显著高于无翅组，谷氨酸杆菌属(Glutamicibacter)、假诺卡氏菌属(Pseudonocardia)的相对丰度极显著高于无翅组(图 5C)。
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| 图 4 不同翅型豌豆修尾蚜体内细菌属水平组成 Figure 4 The pea aphid with different wing types composition of symbiotic bacteria at the genus level. |
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| 图 5 属水平群落丰度百分比和多物种差异检验 Figure 5 Abundance percentage of community in genus level and histogram of multi-species difference test. A: Community analysis piepiot in genus level (alatae). B: Community analysis piepiot in genus level (wingless aphid). C: Histogram of aphid multispecies diversity test at genus level. * indicates a significant difference; ** represents a very significant difference. |
2.3 豌豆修尾蚜体内主要细菌系统发育树
对分类水平总丰度排行前30的物种构建系统发育树，进行了深入的生物进化分析。如图 6所示，系统发育树清晰地划分为5个主要分支。葡萄球菌属(Staphylococcus)、肠球菌属(Enterococcus)与微小杆菌属(Exiguobacterium)构成一个分支，这些物种均隶属厚壁菌门。另一显著分支汇聚了棒状杆菌属(Corynebacterium)、红球菌属(Rhodococcus)、类诺卡氏属(Nocardioides)、假诺卡氏菌属(Pseudonocardia)、短杆菌属(Brevibacterium)、谷氨酸杆菌属(Glutamicibacter)、罗氏菌属(Rothia)、微杆菌属(Microbacterium)以及白色杆菌属(Leucobacte)，它们共同归属于放线菌门(Actinobacteria)，展现了该门内物种的多样性与紧密关联。
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| 图 6 基于16S rRNA基因序列构建的豌豆修尾蚜主要细菌系统发育树 Figure 6 Bacterial phylogenetic tree of Megoura crassicauda symbiotic bacteria based on 16S rRNA gene sequences. Phylogenetic trees are constructed according to the neighbor-joining method. Each branch represents a species, and is colored according to the level of the phylum to which the species belongs. The length of the branch represents the evolutionary distance between species. |
Unclassified_norank_norank_Chloroplast 1个分支属于蓝藻细菌门(Cyanobacteria)。布赫纳氏菌属(Buchnera)、大肠杆菌埃希氏杆菌-志贺菌属(Escherichia-Shigella、Mangrovibacter)、肠杆菌属(Enterobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、水栖菌属(Enhydrobacter)、不动杆菌属(Acinetobacter)、副球菌属(Paracoccus)、慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)，新鞘脂菌属(Novosphingobium)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)、伯克氏菌科(Burkholderiaceae、unclassified_Burkholderiaceae)为1个分支，属于变形菌门(Proteobacteria)。Uncultured_bacterium_norank_Saccharimonadacese为1个分支，属于髌骨细菌门(Patescibacteria)。
2.4 豌豆修尾蚜荧光定量PCR结果使用qPCR技术测定豌豆修尾蚜内不同细菌的相对含量，并计算它们的相对丰度[18-19]。根据菌的相对丰度，计算菌株在豌豆修尾蚜内的丰度差异。对筛选出丰度较高的菌属进行了qPCR验证，如图 7所示，在豌豆修尾蚜体内这些筛选菌属的丰度情况与16S rRNA基因测序结果一致。
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| 图 7 豌豆修尾蚜细菌相对丰度的荧光定量验证 Figure 7 Fluorescence quantitative verification of the relative abundance of bacteria in Megoura crassicauda. A: Relative abundance of Corynebacterium. B: Relative abundance of Staphylococcus. C: Relative abundance of Buchnera. D: Relative abundance of Glutamicibacter. E: Relative abundance of Exiguobacterium. |
3 讨论与结论
本研究基于16S rRNA基因高通量测序技术，对不同翅型豌豆修尾蚜体内细菌多样性和群落组成进行分析，共测得4 746 449条序列，可注释到25门46纲106目192科336属477种细菌。根据测序结果分析可知，豌豆修尾蚜优势菌为厚壁菌门、放线菌门、变形菌门。
这些优势菌与其他昆虫如鳞翅目的小菜蛾[Plutella xylostella (Linnaeus)]、半翅目的褐飞虱[Nilaparvata lugens (Stal)]和鞘翅目的龟纹瓢虫[Propylea japonica (Thunberg)]，均展现出与特定优势菌相似的生态特征，中肠道内普遍富集了厚壁菌门、放线菌门及变形菌门等微生物类群[20-23]。对中国6个省份荔枝蝽(Tessaratomapapillosa)体内细菌群落构成的对比分析揭示，地域差异对优势菌的种类有所影响：海南省1龄若虫体内，变形菌门的泛菌属(Pantoea)占据了主导地位；而在福建省、广东省及广西壮族自治区，同一发育阶段的若虫显著以放线菌门的链霉菌属(Streptomyces)为优势菌群[24]。这些细菌门类在与昆虫长期协同进化中被保留下来，并在昆虫的生命周期中发挥着重要作用，形成了一种完美的互利关系，这些研究结果为了解昆虫与细菌之间的相互作用提供了重要的参考。
细菌在不同翅型昆虫体内的组成与结构分析显示，有翅型豌豆修尾蚜中变形菌门和蓝藻细菌门相对丰度显著高于无翅组，异常球菌-栖热菌门相对丰度极显著高于无翅组(图 3C)。而蓝藻细菌门在不同寄主的昆虫中也有报道，且不同寄主间蓝藻细菌门存在较大差异[25]。在禾谷缢管蚜(Rhopalosiphum padi)体内的共生菌中，有翅型和无翅型禾谷缢管蚜的共生菌组成也存在明显差异，有翅蚜中变形菌门的丰度最高占比97.29%，而无翅蚜中的共生菌多样性更为丰富，占比74.94%。其余占比大于1%的有放线菌门、厚壁菌门与单糖菌门在有翅蚜中的丰度均低于无翅蚜。不同翅型昆虫体内细菌的丰度和多样性存在显著差异，这可能会影响昆虫的生长发育和行为。
不同翅型昆虫体内细菌群落展现出显著的丰度与多样性差异，这些差异可能显著影响昆虫的生长发育进程及其行为模式[26]。在豌豆蚜(Acyrthosiphon pisum)中，不同翅型个体间共生细菌群落的密集程度与有翅蚜虫的飞行肌发育状况之间存在密切的相关性，暗示了细菌群落可能参与调控飞行能力的发育过程[27]。在有翅型豌豆修尾蚜中这些丰度水平显著高于无翅型豌豆修尾蚜的细菌门类到底扮演着什么样的角色，在昆虫体内究竟扮演着何种角色，还需要进一步的研究来揭示。深入了解这些细菌与宿主之间的关系，将有助于更好地理解昆虫的生态和生物学特征，为农业害虫的防治提供新的思路和方法。
在属水平，豌豆修尾蚜的细菌群落中，葡萄球菌属、棒状杆菌属及布赫纳氏菌属构成了主要的优势菌群。值得注意的是，葡萄球菌属不仅显著存在于豌豆修尾蚜中，还广泛分布于特定鳞翅目昆虫的体内，包括东方黏虫(Mythimna separata)幼虫肠道内和豆天蛾(Clanis bilineata tingtauica)幼虫与蛹阶段，被确认为优势菌属之一，显示了其跨物种分布的普遍性[28-29]。关于昆虫细菌棒状杆菌属的研究还比较有限，研究多集中在家畜动物和人类疾病相关领域。豌豆修尾蚜细菌在昆虫体内的存在和影响，需要进一步分析。
本研究对比了有翅型与无翅型昆虫体内微生物群落，发现布赫纳氏菌属、微小杆菌属及假单胞菌属在有翅型中的相对丰度显著高于其无翅对应组。假诺卡氏菌属在有翅组中的相对丰度展现出极显著的增加(图 5)。布赫纳氏菌属在宿主蚜虫体内提供必需的氨基酸[30-31]。还研究表明，布赫纳氏菌属具备维生素合成的能力，从而成为低龄若蚜获取必需维生素的重要来源[32-33]。在豌豆修尾蚜中，布赫纳氏菌属也可能通过调控营养影响翅型的分化。
本研究在分析豌豆修尾蚜细菌群落组成及多样性的基础上进一步分析了豌豆修尾蚜有翅型、无翅型细菌组成差异，期望从细菌的角度揭示蚜虫翅型分化机制。有报道表明，蚜虫体内特定的细菌可能调控了有翅和无翅的分化过程[34-36]。综上所述，本研究为探究细菌参与蚜虫翅型分化作用机制以及寻找害虫防治新方法提供了新思路。
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