近日，植保所抗虫功能基因研究与利用创新团队抗虫生物技术创新任务在国际知名期刊《Microbiome》上发表了题为“Lignocellulose degradation in Protaetia brevitarsis larvae digestive tract: refining on a tightly designed microbial fermentation production line”的研究论文，该论文揭示了重要农业昆虫白星花金龟（ Protaetia brevitarsis ）幼虫与肠道微生物协作，高效消化秸秆等农业废弃物的机制。
白星花金龟属鞘翅目金龟甲科，是一种极具应用前景的“害虫”。首先，其成虫是一种重要的农业害虫，为害包括玉米、葵花等作物，葡萄、梨等果树的花和果实；然而，其幼虫为腐食性，不为害植物，是一种资源昆虫，可以将农业废弃物转化为优质的昆虫蛋白与脂肪，已经作为“微家畜”被驯养。该团队前期研究发现，其幼虫转化产生的粪砂含有大量生物腐殖酸（含量为常规堆肥10倍、结构与土壤腐殖酸相似），对植物有较好的生长促进作用。上述研究进展表明白星花金龟在农业废弃物高值利用、耕地修复、粮食安全与土壤碳封存等多个方面都显示出较好的应用潜力。
本次研究，该团队利用前期完成的基因组测序成果，结合肠道微生物组，在共生功能体（Holobiont）水平对白星花金龟幼虫高效消化秸秆等农业废弃物的机制进行了探究。研究发现，在消化过程中，肠道菌群提供了主要的木质纤维素水解酶，而白星花金龟幼虫提供了生理性功能互补，整个消化过程如同一条精密设计的微生物发酵生产线，两者相互协作，对木质纤维素等有机质进行多步骤的消化利用。首先，白星花金龟幼虫口器咀嚼磨碎木质纤维素；进一步，中肠的碱性环境溶解木质纤维素；后肠的近中性环境为肠道菌群提供了适宜的发酵环境，而肠道菌群合成大量水解酶对溶解后的木质纤维素进行消化；最后，发酵消化后的残渣经过直肠脱水，由肛门排出体外。相关机制的解析为推进白星花金龟在农业废弃物转化方面的应用提供了理论基础，该团队进一步将重点围绕无害化、可推广的品系培育开展研究，实现“变害为宝”。
中国农业科学院植物保护研究所博士后王奎为论文第一作者，束长龙研究员为论文通讯作者，该研究得到国家自然科学基金面上项目的资助。
论文链接：https://doi.org/10.1186/s40168-022-01291-2
日期：2022-06-20
