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農學院陳學新教授團隊聯合中科院詹帥研究員課題組揭示寄生性昆蟲不同寄生策略形成的新機制

編輯:傅煒琳 來源:農業與生物技術學院辦公網 時間:2021年01月11日 訪問次數:10  源地址

2021年1月11日,浙江大學農業與生物技術學院陳學新教授團隊聯合中科院分子植物卓越創新中心詹帥研究員課題組在Nature Communications發表題為“Two novel venom proteins underlie divergent parasitic strategies between a generalist and a specialist parasite”的研究論文,揭示了寄生性昆蟲形成不同寄生策略的新機制。

寄生性膜翅目昆蟲,俗稱“寄生蜂”,是自然界農林害蟲種群數量有效控制的純天然作用因子。因此,寄生蜂在農林害蟲可持續控制中被廣泛應用。寄生蜂不僅種類豐富,而且寄生策略也靈活多樣。為了對抗寄主的免疫反應,寄生蜂進化出兩種主要的寄生策略:免疫逃避和免疫抑制。這兩種策略能夠有助于寄生蜂逃避寄主的免疫反應或通過抑制寄主的免疫反應保證其后代正常存活而最終殺死寄主。另外,寄生蜂的寄主范圍也十分有趣,有些寄生蜂的寄主范圍十分廣譜,而有些寄生蜂僅能成功寄生一小類甚至單一的寄主,其寄主范圍十分狹窄。一直以來,寄生蜂寄生策略以及寄主范圍形成的機制是國內外昆蟲學者非常關注的重大科學問題。但到目前為止,其機制研究尚不清楚。

浙大“百人計劃”黃健華研究員于2016年從美國哥倫比亞大學回國加入陳學新教授團隊,開始開展寄生性天敵昆蟲調控害蟲機制的研究,在實驗室建立了多種小環腹癭蜂屬Leptopilina寄生蜂的寄生體系。結合前人已有的研究基礎,發現Leptopilina屬的2種近緣寄生蜂L. heterotoma (Lh) 和L. boulardi (Lb)具有不同的寄生策略。Lh通過降低寄主血淋巴中片層細胞數目的含量,從而抑制寄主的黑化包囊免疫反應,是典型的免疫抑制策略;Lb其蜂卵能黏附于寄主腸道等組織上,從而逃避寄主的免疫反應,是典型的免疫逃避策略。另外,Lh是廣譜性寄生蜂,而Lb是專性寄生蜂。因此,這兩種寄生體系是研究寄生性昆蟲寄生策略與寄主范圍適應性機制的絕好模型。通過Lh和Lb基因組、轉錄組以及毒液蛋白質組等諸多組學技術,結合大規模的基因功能驗證實驗,研究發現一個Lh特有的毒液蛋白Lar能夠引起寄主淋巴腺的凋亡,而淋巴腺是合成片層細胞的重要場所;發現一個Lb特有的毒液蛋白Warm參與蜂卵在寄主體內的黏附。進一步分析表明,Lar和Warm均起源于水平基因轉移 (LGT),經歷了多次基因復制事件后,最終在寄生蜂毒腺中表達并特化成毒液蛋白。同時,還發現Lar毒液蛋白的缺失能夠顯著降低Lh寄生效率,降低其寄主范圍(圖1)。至此,本研究公布了高質量的Lh和Lb參考基因組、完備的Lh和Lb毒液蛋白等基礎數據;首次發現兩個水平基因轉移獲得的毒液蛋白分別參與了寄生蜂不同的寄生策略,也為寄生蜂毒液蛋白的起源提供了全新的證據;首次提出了免疫抑制策略可能使有些寄生蜂寄主范圍發生擴張,而免疫逃避策略能使專性寄生蜂成功寄生,但并不支持其擴大寄主范圍的理論。

論文第一作者為黃健華研究員、陳佳妮博士研究生、房剛奇博士研究生、龐蘭博士研究生和周思聰博士研究生,通訊作者為黃健華研究員、陳學新教授和詹帥研究員。該項研究得到了國家自然科學基金優秀青年科學基金項目(31622048)、重點項目(31630060)、面上項目(31772522和31672370)和中科院先導項目(QYZDB-SSW-SMC029和XDB27040205)等經費的支持。

論文鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-20332-8

昆蟲科學研究所


1 寄生性昆蟲寄生策略與寄主范圍適應性的新機制






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