豆天蛾（Clanis bilineata tsingtauica）属鳞翅目天蛾科，幼虫（又称作“豆丹”）富含蛋白质、必需氨基酸、不饱和脂肪酸、维生素等营养物质，具有极高的食药用和经济价值。目前，已有关于豆丹的研究主要集中于规模化养殖、生物学特征测定、虫体营养物质分析等方面，而豆丹营养合成与代谢调控机制方面研究较少。肠道微生物在昆虫营养代谢过程中发挥着重要作用，研究豆丹肠道微生物的群落结构与多样性并深入解析优势共生菌调控豆丹营养代谢的分子机制，对人工改良豆丹肠道微环境、提高宿主营养品质具有十分重要的意义。

近日，我院休闲所昆虫资源化利用团队在肠道菌调控豆丹营养代谢机制方面取得重要进展，研究结果以“Enterococcus casseliflavus regulates amino acid metabolism in edible insect Clanis bilineata tsingtauica: A functional metagenomics study”为题在线发表于微生物学领域国际权威期刊《Frontiers in Microbiology》（JCR一区，Top期刊）。研究首次报道了豆丹肠道优势菌种为酪黄肠球菌Enterococcus casseliflavus，且发现其参与调控豆丹的氨基酸代谢通路。

研究利用宏基因组学技术分析了不同滞育时间豆丹肠道微生物的群落结构与多样性，发现滞育期豆丹肠道菌群的物种组成与相对丰度有明显改变。肠球菌和肠杆菌被鉴定为豆丹肠道内的优势菌属，肠球菌属的酪黄肠球菌为豆丹肠道优势菌种；滞育降低了豆丹体内肠球菌的相对丰度，但提高了肠杆菌的丰度。

图1 豆丹肠道微生物物种组成分析

另外，对豆丹肠道微生物的α多样性与β多样性进行分析，发现滞育显著提高了α多样性指数（Chao和ACE），说明滞育期豆丹肠道菌群的物种丰富度明显增加；通过PCoA、LEfSe和UPGMA分层聚类分析，发现滞育期豆丹肠道菌群的多样性有显著差异。

图2 豆丹肠道微生物多样性分析

研究人员进一步分析了豆丹肠道菌的基因功能，发现肠道菌参与调控豆丹的糖代谢与氨基酸代谢通路，但滞育只上调了豆丹氨基酸代谢途径，表明肠道菌参与调控滞育豆丹的氨基酸代谢通路。随着滞育时间的延长，豆丹肠球菌相对丰度的变化与氨基酸代谢途径呈相反趋势。结合团队前期非靶标代谢组学分析的结果，发现关键差异代谢物D-谷氨酰胺参与豆丹的精氨酸合成途径，由此推测，豆丹可能通过降低肠道内肠球菌的丰度来上调精氨酸代谢，从而保证其滞育期间的营养平衡。该研究为明确豆丹肠道菌的营养功能奠定了理论基础，为食用豆丹资源化开发与利用提供了科技指导。

图3 豆丹肠道微生物基因功能分析

休闲所昆虫资源化利用团队钱蕾博士为论文第一作者，团队负责人廖怀建副研究员和南京农业大学植物保护学院陈法军教授为共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金青年基金项目和江苏省自然科学基金面上项目的资助。

文章链接：http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fmicb.2024.1343265/full