2024年5月14日，资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室代方银教授团队在环境科学与生态学1区Top期刊Bioresource Technology（影响因子11.4）在线发表题为“Pediococcus pentosaceus ZZ61 enhances growth performance and pathogenic resistance of silkworm Bombyx mori by regulating gut microbiota and metabolites”的论文。该研究筛选到1株能够促进家蚕生长及抗病性能的益生菌戊糖片球菌，揭示该益生菌通过影响家蚕营养代谢、调节肠道微生物和代谢产物，进而促进家蚕生长和健康。研究结果为益生菌与宿主互作机制提供新见解，为家蚕等资源昆虫的健康养殖和病害防治提供了新思路。

肠道微生物与宿主的功能关系是一个新兴、热点的研究领域。肠道微生物在昆虫的营养代谢、生长发育、免疫调节及抵御病原体入侵等方面发挥着重要作用。因此，挖掘能够促进家蚕生长和健康的有益微生物，研究其与宿主的互作关系、功能机制，在蚕桑产业开发新型微生态制剂与应用方面具有重要意义。另一方面，近年来家蚕人工饲料育在我国逐步兴起，但与传统桑叶饲喂相比，仍存在生长慢、产丝量低、易染病等问题。人工饲料育蚕肠道微生物的多样性显著降低，肠道微生物组成和优势菌群种类也不同，菌群的变化引起肠道生态失衡可能与人工饲料育蚕出现的发育、代谢及抗性等问题相关。此外，与桑叶育相比，人工饲料育蚕的肠道及血淋巴中的代谢产物如大部分氨基酸、碳水化合物、脂质、维生素等含量显著降低，这可能是导致人工饲料育蚕生长慢、体质弱、抗病性差的另一原因。

在本研究中，通过向人工饲料中添加不同的微生物饲喂家蚕，发现不同的菌株对家蚕体重的影响不同，表现出菌株特异性，其中1株戊糖片球菌ZZ61能使家蚕体重显著增加，饲料效率显著提高，产丝量也明显提高。通过检测家蚕肠道消化酶活性，发现添加菌株ZZ61能使淀粉酶、胰蛋白酶和脂肪酶活性显著提高，菌株的全基因组分析发现该菌株具有编码多个消化酶的基因，且具有多种B族维生素的合成基因簇，表明菌株在宿主消化和提供维生素等营养方面发挥着关键作用，这可能是其促进饲料效率和宿主生长的重要原因之一。通过16S微生物多样性分析，发现添加菌株ZZ61显著影响家蚕肠道群落结构与微生物组成，其正向调节了肠道微生物群，显著富集了与宿主碳水化合物降解、饲料效率和生长性能密切相关的几个关键菌属，如Pediococcus、Lachnoclostridium、Erysipelatoclostridium、 Christensenellaceae R-7 group、Candidatus_Saccharimonas和Incertae_Sedis等。由于肠道代谢组可以提供肠道微生物组的功能性数据，研究人员进一步使用非靶向代谢组学来比较菌株ZZ61处理后的微生物代谢特征，结果发现，菌株ZZ61对家蚕肠道代谢组有显著影响，其显著富集甘氨酸和甘油磷脂等代谢产物。研究结果揭示了菌株ZZ61通过改变肠道菌群来改变某些氨基酸和甘油磷脂等小分子代谢物的水平，进而促进昆虫的营养代谢、生长和健康，这在鳞翅目昆虫中报道极少。

此外，发现添加菌株ZZ61后，家蚕血淋巴中的抗菌肽水平及家蚕抗氧化能力显著提高，家蚕感染病原菌后的存活率显著增加，表明该菌株具有提高家蚕免疫力进而增强抗病性能的潜力。对菌株基因组上的次级代谢产物的生物合成分析，发现了两个编码抗菌化合物的基因簇，表明菌株分泌的抗菌化合物可以在昆虫肠道内形成另一种化学屏障来抑制病原微生物，从而增强宿主对病原微生物的抵抗力。

这些发现不仅加深了对益生菌如何影响宿主生理的认识，也为今后利用家蚕模型研究宿主-微生物互作提供了新的选择，同时也为益生菌在养蚕业中的应用提供了理论支持。

西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室为论文第一署名单位，青年教师曾珠副教授为该论文第一作者，代方银教授为论文通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、重庆市自然科学基金及西南大学中央高校基本业务费等项目的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852424005248

 （供稿：曾珠   审核：代方银）