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陈学新教授团队在Nature Communications上发表论文揭示寄生性昆虫控制害虫的新机制 [来源]:求是新闻网          [作者]:           [日期]:2018-06-11          [访问次数]:734    

      2018年6月7日,浙江大学农业与生物技术学院陈学新教授团队在Nature Communications上发表“Parasitic insect-derived miRNAs modulate host development”的研究论文,揭示了寄生性昆虫控制害虫的新机制,为害虫控制新技术新方法的研发提供了新的理论依据。

      利用天敌昆虫控制害虫危害是一种绿色、安全、有效的生物控制途径。寄生性昆虫,特别是寄生蜂,是一类寄生于其他昆虫及节肢动物的膜翅目昆虫,是一类农林害虫的重要天敌,在害虫可持续控制中有广泛应用。寄生性昆虫,与捕食性昆虫不同,通常不直接杀死猎物,而是通过调控寄主的生理和发育,保证其后代能正常存活而杀死寄主。前期的研究表明,寄生蜂拥有一些特有的携带因子,比如毒液(venom)、多DNA病毒(一类寄生蜂特有的共生病毒,即polydnavirus(PDV),其基因组嵌入到寄生蜂的基因组中)、畸形细胞(teratocyte,一种寄生蜂胚胎浆膜分离而来的特殊细胞,游离于寄主血腔内)等来调控害虫的生长发育、免疫功能、营养组成和代谢、生殖系统、内分泌系统等,以保证其后代在寄主体内或体上的生长发育。但到目前为止,其分子机制并不清楚。

      陈学新教授团队经过多年的研究,发现寄生蜂携带因子能分泌或表达miRNA到寄主体内并能精确调控寄主的发育。他们基于对国际上重要蔬菜害虫—小菜蛾Plutella xylostella及其天敌昆虫—菜蛾盘绒茧蜂Cotesia vestalis的研究,发现菜蛾盘绒茧蜂的畸形细胞能产生大量特异的miRNA,进一步研究发现畸形细胞中高表达的miRNA能分泌到细胞外并被寄主小菜蛾的血细胞所吸收。畸形细胞所编码分泌的miRNA,在寄主昆虫中有同源的miRNA,但寄生后寄主血细胞中的miRNA上升主要来自畸形细胞所分泌的miRNA的进入,而少部分是寄主本身同源miRNA的上调。同时,对畸形细胞miRNA前体分析发现,其中20个miRNA集中分布于寄生蜂基因组中多DNA病毒(CvBV)前病毒区域,并能在进入寄主后产生特异性的miRNA,但与畸形细胞所编码分泌的miRNA不同,CvBV编码的miRNA在寄主体内没有同源miRNA,寄生后寄主血细胞中的miRNA因CvBV表达而成倍增加。随后,研究团队对这些miRNA进行靶基因预测,发现靶基因涉及免疫系统、神经系统、蛋白磷酸化、细胞凋亡等多个生理系统。研究团队选取了具有同一靶标基因的三个miRNA,通过功能实验验证(图1),发现畸形细胞源的miRNA和CvBV源的miRNA都能作用于寄主小菜蛾蜕皮激素受体(ecdysone receptor, ECR),下调寄主ECR的表达水平及蛋白水平,延迟小菜蛾的蜕皮和化蛹,这与寄主寄生后发育延缓的表型一致。至此,该研究首次发现了寄生蜂能够通过畸形细胞和PDV产生多种miRNA,并以不同的方式进入寄主体内,从而有效调控寄主的发育,这也是发现寄生性动物能通过分泌miRNA来跨物种调控寄主生长发育的首次报道。

      论文第一作者为王知知助理研究员、叶熹骞博士研究生、时敏副教授、李飞教授和王泽华博士研究生,通讯作者为陈学新教授,其他合作作者包括华大基因方晓东博士、北京农林科学研究院魏书军研究员以及美国乔治亚大学Michael R. Strand教授。该项研究得到了国家自然科学基金重点项目(31630060)、国家重点基础研究发展计划(973计划,2013CB127600)和创新群体项目(31321063)的支持。

     论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-018-04504-1
 

 

图1. 寄生蜂miRNA调控寄主小菜蛾发育及化蛹


 

 

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