共生菌Wolbachia影響二斑葉螨生殖和適合度的分子機(jī)理初探.pdf

1、Wolbachia是廣泛存在于節(jié)肢動(dòng)物和絲線蟲(chóng)體內(nèi)的呈母系遺傳的一類胞內(nèi)共生菌。它能夠以多種方式調(diào)控宿主的生殖行為，引發(fā)宿主生殖異常。這些調(diào)控手段主要包括誘導(dǎo)胞質(zhì)不親和(cytoplasmic incompatibility，CI)、孤雌生殖(parthenogenesis)、雌性化(feminization)和殺雄(male-killing)。另外，Wolbachia還能夠影響宿主的適合度，這主要包括繁殖力、壽命、雌性比及發(fā)育歷期。依

2、靠對(duì)生殖及適合度的影響，Wolbachia得以在宿主種群中維持生存和向下傳播?；谶@些生殖調(diào)控作用，目前，Wolbachia的研究已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。在這些調(diào)控方式中，CI是最為普遍的表型，但其中潛在的分子機(jī)理至今仍沒(méi)有得到明確的解釋。對(duì)CI機(jī)理有相關(guān)報(bào)道，研究指出，在CI胚胎進(jìn)行核分裂時(shí)，雄性原核出現(xiàn)染色質(zhì)問(wèn)橋，因此無(wú)法正常存活。另外，最近的一些研究表明，Wolbachia能夠廣泛地影響宿主的基因表達(dá)，可能正是基因表達(dá)的差異

3、導(dǎo)致了宿主生殖等生物學(xué)表型的異常。Wolbachia對(duì)宿主影響作用的分子機(jī)理如何受到國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，也是從事Wolbachia研究的學(xué)者一直致力于解決的問(wèn)題。二斑葉螨Tetranychus urticae Koch在分類學(xué)上屬于蛛形綱蜱螨亞綱真螨目葉螨科葉螨屬，是一種重要的農(nóng)業(yè)害螨，其在自然條件下感染W(wǎng)olbachia。檢測(cè)Wolbachia能否影響二斑葉螨的生殖和適合度，了解這種影響下潛在的分子機(jī)制，以及進(jìn)一步應(yīng)用Wolbac

4、hia作為生防手段控制二斑葉螨種群的暴發(fā)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上意義重大。
　　本文以中國(guó)二斑葉螨福建種群(FJ)和呼和浩特種群(HU)為實(shí)驗(yàn)材料，檢測(cè)了Wolbachia對(duì)二斑葉螨福建種群(FJ)生殖和適合度的影響，并與在二斑葉螨呼和浩特種群(HU)中完成的結(jié)果進(jìn)行比較。本文以二斑葉螨呼和浩特種群(HU)為實(shí)驗(yàn)材料，進(jìn)行高通量測(cè)序獲得基因表達(dá)譜，并在呼和浩特(HU)和福建種群(FJ)中分別進(jìn)行熒光定量PCR驗(yàn)證。本研究明確了Wolbach

5、ia對(duì)二斑葉螨生殖和適合度的影響與其遺傳背景存在很大相關(guān)性;初步揭示了Wolbachia通過(guò)影響二斑葉螨體內(nèi)相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)誘導(dǎo)生殖和適合度表型的異常，這為進(jìn)一步深入探討Wolbachia影響二斑葉螨及其它節(jié)肢動(dòng)物宿主生殖和適合度的分子機(jī)理奠定了理論基礎(chǔ)。
　　對(duì)二斑葉螨福建種群(FJ)通過(guò)孤雌回交篩選出完全感染和完全不感染W(wǎng)olbachia的兩種自然品系，進(jìn)行不同感染情況間的雜交組合實(shí)驗(yàn)檢測(cè)Wolbachia對(duì)該種群二斑葉螨的生

6、殖是否產(chǎn)生調(diào)控作用。結(jié)果表明，福建種群(FJ)體內(nèi)的Wolbachia能夠誘導(dǎo)中等強(qiáng)度的CI。對(duì)兩個(gè)地理種群的二斑葉螨體內(nèi)Wolbachia株系的wsp基因、葉螨的COI基因和ITS區(qū)段進(jìn)行序列測(cè)定。測(cè)序結(jié)果表明，兩地理種群中感染的Wolbachia的wsp基因序列一致，為同一株系;而葉螨的COI基因序列存在差異，表明二斑葉螨兩地理種群的遺傳背景存在一定差異。本次研究明確了Wolbachia能夠?qū)Χ呷~螨福建種群(FJ)的生殖產(chǎn)生調(diào)控，

7、并且CI的誘導(dǎo)會(huì)受到宿主遺傳背景的影響。
　　以同樣的方法建立了完全感染和完全不感染W(wǎng)olbachia的兩種二斑葉螨福建種群(FJ)自然品系，研究Wolbachia對(duì)其適合度的影響，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，Wolbachia能夠提高感染雌螨所產(chǎn)后代的孵化率和雌性比，但會(huì)延長(zhǎng)后代的發(fā)育歷期;在產(chǎn)卵量和壽命兩個(gè)生理指標(biāo)上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)Wolbachia有影響。該結(jié)果與呼和浩特種群(HU)的檢測(cè)結(jié)果也存在很多不同，說(shuō)明Wolbachia對(duì)宿主適合度的調(diào)

8、控會(huì)受到宿主遺傳背景的影響，二者之間的互作關(guān)系可能在不同的地理種群中也存在差異。
　　在以上生物學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們對(duì)二斑葉螨呼和浩特種群(HU)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組RNA測(cè)序，并嘗試對(duì)Wolbachia影響二斑葉螨生殖和適合度的分子機(jī)理進(jìn)行初步探究。分析轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)結(jié)果得出，感染和不感染W(wǎng)olbachia的宿主體內(nèi)大量基因的表達(dá)水平出現(xiàn)差異。從表達(dá)水平差異顯著的基因中選出一些目的基因，以二斑葉螨呼和浩特種群(HU)為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行熒光定量PC

9、R驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果為這些基因中絕大多數(shù)的表達(dá)方式與基因表達(dá)譜中一致。進(jìn)一步對(duì)這些差異基因進(jìn)行GO功能富集和KEGGPathway富集分析后，發(fā)現(xiàn)大量基因被富集到氧化還原和代謝生物學(xué)途徑;另外還有大量顯著差異表達(dá)的未知基因被富集為假定蛋白;與生殖和免疫相關(guān)的功能基因沒(méi)有得到顯著富集。針對(duì)這一現(xiàn)象，我們推測(cè)，目前參考基因組信息并不完善，新的數(shù)據(jù)不斷被提交，這可能造成了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序基因的功能注釋不完善。在這些表達(dá)差異基因中，選取一些與氧化還原和代

10、謝相關(guān)的基因，以及一些潛在的可能與生殖和免疫相關(guān)的基因在不同感染情況的雌雄成螨中進(jìn)行對(duì)比，初步探討了Wolbachia影響二斑葉螨生殖及適合度的潛在分子機(jī)理。另外，實(shí)驗(yàn)中以二斑葉螨福建種群(FJ)為實(shí)驗(yàn)材料，進(jìn)行熒光定量PCR，驗(yàn)證表達(dá)譜中差異表達(dá)基因在福建種群(FJ)感染及不感染品系中的表達(dá)情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同感染情況的品系中，大量基因的表達(dá)也出現(xiàn)了明顯差異，但是與表達(dá)譜結(jié)果的吻合度并不高。針對(duì)這種差異現(xiàn)象，我們推測(cè)可能也是由宿主遺