共生菌Wolbachia影響二斑葉螨生殖和適合度的分子機理初探.pdf

1、Wolbachia是廣泛存在于節(jié)肢動物和絲線蟲體內(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)成為國內(nèi)外的熱點領(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理至今仍沒有得到明確的解釋。對CI機理有相關(guān)報道，研究指出，在CI胚胎進行核分裂時，雄性原核出現(xiàn)染色質(zhì)問橋，因此無法正常存活。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，可能正是基因表達的差異

3、導(dǎo)致了宿主生殖等生物學(xué)表型的異常。Wolbachia對宿主影響作用的分子機理如何受到國內(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制，以及進一步應(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。
　　本文以中國二斑葉螨福建種群(FJ)和呼和浩特種群(HU)為實驗材料，檢測了Wolbachia對二斑葉螨福建種群(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)果進行比較。本文以二斑葉螨呼和浩特種群(HU)為實驗材料，進行高通量測序獲得基因表達譜，并在呼和浩特(HU)和福建種群(FJ)中分別進行熒光定量PCR驗證。本研究明確了Wolbach

5、ia對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通過影響二斑葉螨體內(nèi)相關(guān)基因的表達來誘導(dǎo)生殖和適合度表型的異常，這為進一步深入探討Wolbachia影響二斑葉螨及其它節(jié)肢動物宿主生殖和適合度的分子機理奠定了理論基礎(chǔ)。
　　對二斑葉螨福建種群(FJ)通過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，進行不同感染情況間的雜交組合實驗檢測Wolbachia對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)中等強度的CI。對兩個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)段進行序列測定。測序結(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對其適合度的影響，統(tǒng)計結(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，但會延長后代的發(fā)育歷期;在產(chǎn)卵量和壽命兩個生理指標(biāo)上沒有發(fā)現(xiàn)Wolbachia有影響。該結(jié)果與呼和浩特種群(HU)的檢測結(jié)果也存在很多不同，說明Wolbachia對宿主適合度的調(diào)

8、控會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)實驗的基礎(chǔ)上，我們對二斑葉螨呼和浩特種群(HU)進行轉(zhuǎn)錄組RNA測序，并嘗試對Wolbachia影響二斑葉螨生殖和適合度的分子機理進行初步探究。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)大量基因的表達水平出現(xiàn)差異。從表達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)為實驗材料進行熒光定量PC

9、R驗證，驗證結(jié)果為這些基因中絕大多數(shù)的表達方式與基因表達譜中一致。進一步對這些差異基因進行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)的功能基因沒有得到顯著富集。針對這一現(xiàn)象，我們推測，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)錄組測序基因的功能注釋不完善。在這些表達差異基因中，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行對比，初步探討了Wolbachia影響二斑葉螨生殖及適合度的潛在分子機理。另外，實驗中以二斑葉螨福建種群(FJ)為實驗材料，進行熒光定量PCR，驗證表達譜中差異表達基因在福建種群(FJ)感染及不感染品系中的表達情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同感染情況的品系中，大量基因的表達也出現(xiàn)了明顯差異，但是與表達譜結(jié)果的吻合度并不高。針對這種差異現(xiàn)象，我們推測可能也是由宿主遺