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植物保护学报Journalof PlantProtection 2021 48 6 1422 1428 DOI 10 13802 ki zwbhxb 2021 2021897 沃尔巴克氏体感染对黑腹果蝇头部转录组的影响 陈梦岩 王智凝 许凤贞 冯怡玮 喻琼琳 王玉凤 华 中 师 范 大 学 生 命 科 学 学 院 武 汉430079 摘 要 为 明 确 沃 尔 巴 克 氏 体Wolbachia 对 果 蝇 神 经 行 为 影 响 的 分 子 机 制 采 取 转 录 组 测 序 技 术 对 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体 和 未 感 染 的 黑 腹 果 蝇Drosophila melanogaster 头 部 样 本 进 行 转 录 组 测 序 组 装 注 释 筛 选 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 和 未 感 染 黑 腹 果 蝇 头 部 转 录 组 间 的 差 异 表 达 基 因 并 选 择 差 异 表 达 基 因 中 差 异 倍 数 较 大 或 与 神 经 行 为 相 关 的 基 因 进 行qPCR 验 证 结 果 表 明 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体 wMel 和 未 感 染 黑 腹 果 蝇 头 部 差 异 表 达 基 因 有679 个 差 异 倍 数 2 P2 P 0 05 were differentially expressed in the heads of wMel Wolbachia infected and uninfected flies of which 566 genes were up regulated and 113 genesweredown regulatedbecauseof wMelWolbachiainfection GOanalysisshowedthatmanyofthe DEGs were related to the metabolism catalysis and binding KEGG analysis showed that the DEGs were mainly enriched in protein digestion and absorption endocrine neuroactive ligand receptor inter actionandhormonesynthesispathways Totally 11DEGswereselectedforqPCRvalidation andthe re sultsofninegeneswereconsistentwithRNAsequencing ThesesuggestedthatWolbachiamightwidely affectgeneexpressionlevelsinthehead andthusinfluencetheneurobehaviorofD melanogaster Keywords Wolbachia Drosophilamelanogaster head transcriptome RNAsequencing 沃 尔 巴 克 氏 体Wolbachia 是 一 种 革 兰 氏 阴 性 细 菌 能 感 染65 以 上 的 昆 虫 Bulman et al 2021 沃 尔 巴 克 氏 体 可 能 是 目 前 世 界 上 分 布 最 广 丰 度 最 高的共生微生物 已有研究表明沃尔巴克氏体能广 泛 影 响 宿 主 基 因 的 表 达 He et al 2019 Sigle McGraw 2019 Dou et al 2021 一 些 沃 尔 巴 克 氏 基金项目 国家自然科学基金 32170511 通信作者 Authorforcorrespondence E mail yfengw 收稿日期 2021 09 256 期 陈梦岩等 沃尔巴克氏体感染对黑腹果蝇头部转录组的影响 1423 体 品 系 能 显 著 缩 短 昆 虫 宿 主 的 寿 命 抑 制 昆 虫 体 内 病毒等病原体的增殖 诱导昆虫生殖方式的改变 因 此 可 被 用 于 媒 介 昆 虫 和 农 业 害 虫 的 生 物 防 治 Zhengetal 2019 Gongetal 2020 细 胞 质 不 亲 和 cytoplasmic incompatibility CI 是 沃 尔 巴 克 氏 体 感 染 昆 虫 后 引 起 的 最 常 见 表 型 即 感染沃尔巴克氏体的雄性与未感染或感染不同品系 沃尔巴克氏体的雌性交配后 子代不能正常发育 在 胚 胎 早 期 死 亡 Werren et al 2008 目 前 对 沃 尔 巴克氏体与宿主关系的研究多集中在其对宿主生殖 的 影 响 方 面 Beckmann et al 2019 Sicard et al 2021 然而沃尔巴克氏体不仅存在于宿主的生殖系 统 中 而 且 也 广 泛 存 在 于 宿 主 的 神 经 系 统 中 Albert son et al 2013 Pietri et al 2016 但 有 关 沃 尔 巴 克 氏 体 对 宿 主 神 经 行 为 方 面 的 影 响 研 究 还 很 少 相 关 分子调控机制尚不清楚 沃尔巴克氏体可通过感染包括大脑在内的昆虫 神经系统来影响宿主的攻击行为 睡眠 学习和记忆 能 力 等 Bi et al 2019 Bi Wang 2020 为 了 进 一步探讨沃尔巴克氏体感染对昆虫宿主神经行为影 响 的 分 子 机 制 对 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体 和 未 感 染 的 黑 腹 果 蝇Drosophila melanogaster 头 部 进 行 转 录 组 测 序 分 析 筛 选 沃 尔 巴 克 氏 体 感 染 导 致 黑 腹 果 蝇 头 部 差 异 表 达 的 基 因 并 分 析 差 异 表 达 基 因 富 集 的 生 物 学 途 径 以 期 为 进 一 步 研 究 沃 尔 巴 克 氏 体 对 昆 虫 宿 主神经行为影响的分子机制提供参考 1 材料与方法 1 1 材料 供 试 果 蝇 品 系 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 的 黑 腹 果 蝇 品 系 由 澳 大 利 亚Monash 大 学O NeillSL 教 授 馈 赠 于 华 中 师 范 大 学 动 物 发 育 与 免 疫 实 验 室 在 温 度25 12 h 光 照 和12 h 黑 暗 相 对 湿 度70 的 培 养 箱 中 用 玉 米 粉 红 糖 培 养 基 饲 养 将 感 染wMel 品 系 的 黑 腹 果 蝇 用 含 有0 3 mg mL 四 环 素 的 玉 米 粉 红 糖 培 养 基 连 续 喂 养3 代 以 上 用 沃 尔 巴 克 氏 体 表 面 蛋 白 编 码 基 因wsp 引 物 表1 进 行PCR 检 测 确保沃尔巴克氏体除净后 再用不含抗生素的玉 米 粉 红 糖 培 养 基 饲 养6 代 以 上 以 去 除 四 环 素 可 能 带 来 的 影 响 张 维 等 2017 饲 养 条 件 同 上 最 终 获 得未感染沃尔巴克氏体wMel 的黑腹果蝇 玉 米 粉 红 糖 培 养 基 玉 米 粉30g 红 糖30g 酵 母2g 琼脂2g 和300mL 蒸馏水 试 剂 及 仪 器 TrizolRNA 提 取 试 剂 盒 及 逆 转 录 酶 M MLV 美 国Invitrogen 公 司 Oligo Dt 18 引 物 日 本TaKaRa 公 司 荧 光 定 量PCR 试 剂 盒 SYBRGreen qPCRSuperMix 和SYBRPremixExTaq 德 国QIA GEN 公 司 其 余 试 剂 均 为 国 产 分 析 纯 BGISEQ 500 基 因 测 序 仪 华 大 基 因 有 限 公 司 CFX Connect OpticsModule 荧光定量PCR 仪 美国Bio Rad 公司 1 2 方法 1 2 1 黑腹果蝇不同品系的RNA 测序分析 分 别 解 剖 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 和 未 感 染 的 4 6 日 龄 黑 腹 果 蝇 头 部 每 个 生 物 学 重 复 解 剖100 头 3 个 生 物 学 重 复 采 用TrizolRNA 提 取 试 剂 盒 提 取 供 试 黑 腹 果 蝇 品 系 的RNA 并 委 托 华 大 基 因 有 限 公 司完成测序 具体操作参照Zhengetal 2019 方法 对 测 序 数 据 分 析 前 需 去 除 原 始 数 据 中 低 质 量 接 头 污 染 以 及 未 知 碱 基N 含 量 过 高 的reads 以 保 证 结果的可靠性 本研究使用华大基因有限公司自主 研 发 的 过 滤 软 件SOAPnuke 进 行 过 滤 具 体 标 准 为 去 除 包 含 接 头 的reads 即 接 头 污 染 的reads 去 除 未 知 碱 基N 含 量 大 于10 的reads 去 除 低 质 量 的 reads 将 质 量 值 低 于15 的 碱 基 占 该reads 总 碱 基 数 的 比 例 大 于50 的reads 定 义 为 低 质 量 的reads 过 滤 后 的 高 质 量reads 保 存 为FASTQ 格 式 由 于 使 用 的 黑 腹 果 蝇 是 模 式 生 物 有 特 定 的 基 因 组 数 据 库 Flybase4 1 0 http flybase org 可 供 序 列 比 对 因 此 不 用 进 行 拼 接 使 用HISAT2 2 1 0 软 件 将 高 质 量 reads 比 对 到 Flybase 4 1 0 中 的 参 考 基 因 组 序 列 Kim et al 2015 得 到 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 和 未 感 染 黑 腹 果 蝇 头 部 转 录 本 的 基 因 信 息 使 用 Bowtie2 2 2 5 软 件 Langmead Salzberg 2012 将 高 质 量reads 比 对 到 参 考 基 因 序 列 使 用RSEM1 2 8 软 件 Li Dewey 2011 计 算 得 到 所 有 样 品 中 各 基 因的表达水平 1 2 2 差异表达基因的统计和通路分析 用DEGseq2 对 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 和 未 感 染 的 黑 腹 果 蝇 头 部 转 录 组 基 因 进 行 差 异 表 达 分 析 Wang et al 2010 差 异 基 因 的 选 择 标 准 是 差 异 表 达 倍 数 大 于 等 于2 且P 0 05 采 用GOseqR 软 件 对 差 异 表 达 基 因 进 行GO 功 能 富 集 分 析 应 用KOBAS 软 件 对 差 异 表 达 基 因 进 行KEGG 通 路 富 集 分 析 Maoetal 2005 富 集 显 著 性 多 重 比 对 采 用Ben jamini Hochberg 法计算矫正的P 值 q 值 1 2 3 差异表达基因的实时荧光定量PCR 验证 利 用Flybase 4 1 0 http flybase org 对 差 异 表 达 基 因 进 行 功 能 注 释 筛 选 出 差 异 较 大 或 且 可 能 与 神 经 行 为 有 关 的 基 因 进 行 实 时 荧 光 定 量PCR quan titativereal timePCR qPCR 验 证 使 用PrimerPre 1424 植 物 保 护 学 报 48 卷 mier5 0 软 件 设 计 待 验 证 的 差 异 表 达 基 因 编 码 序 列 的 引 物 表1 引 物 均 由 武 汉 擎 科 生 物 科 技 有 限 公 司 合 成 用TrizolRNA 提 取 试 剂 盒 提 取4 6 日 龄 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 和 未 感 染 黑 腹 果 蝇 头 部 总 RNA 在 测 定RNA 浓 度 后 取1 g 总RNA 样 品 用 Oligo Dt 18 引 物 及 逆 转 录 酶M MLV 合 成cDNA 第 一 链 选 用SYBRGreenIIDye 用 荧 光 定 量PCR 仪 进 行qPCR 20 L 反 应 体 系 SYBR Premix Ex Taq 10 L cDNA 模 板1 L 10 mol L 上 下 游 引 物 各 0 3 L 加ddH 2 O 补 足 至20 L 反 应 条 件 95 预 变 性30 s 95 变 性10 s 57 2 60 0 引 物 不 同 退 火 温 度 的 选 择 也 不 同 退 火30 s 72 延 伸20 s 共 40 个 循 环 最 后 从55 逐 渐 增 加 到98 每0 2 读1 s 监 测 每 一 步 的 荧 光 信 号 以 生 成 熔 解 曲 线 同 时 用ROX 内 参 染 料 校 正 孔 与 孔 之 间 产 生 的 荧 光 信 号 误 差 反 应 结 束 后 读 取Ct 值 并 计 算 基 因 的 相 对 表 达 量 以rp49 基 因 为 内 参 两 者 的 差 异 表 达 倍 数 采用2 Ct 法计算 每种样品3 个生物学重复 表1 本试验所用引物信息 Table1 Informationofprimersusedinthisstudy 基因 Gene wsp CG13794 CG13321 CG2977 CG30473 CG5017 CG42643 CG13524 CG32475 CG33508 crebB rut rp49 正向引物序列 5 3 Forwardprimersequence 5 3 TGGTCCAATAAGTGATGAAGAAAC TGGTTCTTCATGCGTTCGGA AGGTCCTTGTCGGTGATCAC TCAAGTTCGATCTCACGCGT ACTACGCTGTCATCCGCTT AGGACCAGACCAAAACCGA CTCTGCAGCGCGACATTTAC CCAAGCAATTCTGCGATCCG AACATAACGGGGAGCTACGG GGTCGAAAGGGTCTGGTCTG TCGGGAGTCATACAGACAGCA ATCGTGTTCGTGGTCTTCCTC CGGTTACGGATCGAACAAGC 反向引物序列 5 3 Reverseprimersequence 5 3 AAAAATTAAACGCTACTCCA TGCGGTAGCACTGGACAAAT CTATCCACGTCTCGGGCTG TGTTGATGACCGGAGACACA CACTTCACCCGACTGCTGT GGAATCACGCGCTCCTTTAG CTCAGCCAAAAGTTGGGCAC AGGGTATCCTCGCACTCCTT ATCCGTACACAGGGTTTGGT AAATCCAGTTTGCCACGCAC CACGGAAAGGTTGGAGGG TAGACCGTTAGACTTATGTGC CTTGCGCTTCTTGGAGGAGA 退火温度 Annealing temperature 58 1 59 9 59 3 59 7 58 6 58 4 59 9 59 9 59 5 60 0 57 2 57 6 57 4 片段大小 Fragmentsize bp 610 239 243 168 186 160 151 115 167 182 246 107 150 1 3 数据分析 采 用GraphpadPrism5 01 软 件 对 试 验 数 据 进 行 统计分析 应用t 检验法进行差异显著性检验 2 结果与分析 2 1 感染wMel 和未感染果蝇头部的差异表达基因 对 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 和 未 感 染 的 黑 腹 果 蝇头部进行转录组测序 去除接头序列 模糊序列以 及低质量序列之后 共检测到13597 个基因 表明黑 腹 果 蝇 头 部 转 录 组 数 据 充 足 且 质 量 可 靠 可 进 行 后 续 分 析 在 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 和 未 感 染 的 黑 腹 果 蝇 头 部 转 录 组 间 共 发 现 差 异 表 达 基 因 差 异 表 达 倍 数 2 且P 0 05 679 个 其 中 因 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 而 发 生 上 调 表 达 的 基 因 有566 个 发 生 下 调 表达的基因有113 个 图1 2 2 感 染wMel 和 未 感 染 果 蝇 差 异 表 达 基 因GO 分 析 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 和 未 感 染 黑 腹 果 蝇 头 部 转 录 组 差 异 表 达 基 因 的GO 功 能 主 要 富 集 在 生 物 过 程 细 胞 组 分 和 分 子 功 能3 个 部 分 在 生 物 过 程 中 富 集 到 代 谢 过 程 的 差 异 表 达 基 因 最 多 其 次 是 细 胞 过 程 再 次 是 多 细 胞 生 物 过 程 在 细 胞 组 分 中 富 集 的 基 因 都 与 细 胞 和 细 胞 膜 组 分 相 关 在 分 子 功 能 中 富 集 的 基 因 大 多 都 具 有 催 化 活 性 和 结 合 功 能 还 有一些具有转运活性 图2 图1 感染沃尔巴克氏体和未感染黑腹果蝇头部 基因表达比较的火山图 Fig 1 Volcanoplotshowingcomparisonofgeneexpressions betweentheheadsofWolbachia infectedanduninfected Drosophilamelanogaster6 期 陈梦岩等 沃尔巴克氏体感染对黑腹果蝇头部转录组的影响 1425 图2 感染沃尔巴克氏体和未感染黑腹果蝇头部差异表达基因的GO 功能注释分析 Fig 2 GOanalysisofdifferentiallyexpressedgenesintheheadsofWolbachia infectedanduninfectedDrosophilamelanogaster 2 3 感 染wMel 和 未 感 染 果 蝇 差 异 表 达 基 因KEGG 分 析 KEGG 通 路 分 析 显 示 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 和未感染黑腹果蝇头部转录组差异表达基因显著富 集 到 多 个 通 路 上 富 集 程 度 最 高 的20 个 通 路 中 蛋 白 消 化 与 吸 收 通 路 包 含 的 差 异 表 达 基 因 最 多 此 外 还 发 现 一 些 差 异 表 达 基 因 涉 及 内 分 泌 神 经 活 性 配 体 受 体 互 作 激 素 合 成 淀 粉 和 糖 代 谢 以 及 氨 基 酸 代谢等通路 图3 图3 感染沃尔巴克氏体和未感染黑腹果蝇头部差异表达基因富集程度最高的20 个KEGG 通路 Fig 3 The20mostenrichedKEGGpathwaysbasedonthedifferentiallyexpressedgenesintheheadsofWolbachia infected anduninfectedDrosophilamelanogaster1426 植 物 保 护 学 报 48 卷 2 4 转录组差异表达基因的qPCR 验证 为 了 验 证 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 和 未 感 染 黑 腹 果 蝇 头 部 转 录 组 测 序 结 果 的 准 确 性 筛 选 了11 个 差 异 表 达 倍 数 较 大 或 且 可 能 与 神 经 行 为 相 关 的 基 因 表2 采 用qPCR 方 法 进 行 进 一 步 验 证 结 果 显 示 除 了CG42643 和CG32475 之 外 其 余9 个 差 异 表 达 基 因 的 变 化 趋 势 与RNA 测 序 结 果 一 致 其 中 CG13794 CG13321 CG2977 和 CG30473 这 4 个 基 因 在 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 黑 腹 果 蝇 头 部 显 著 上 调 表 达 CG13794 基 因 表 达 水 平 上 调 最 多 约 是 未 感 染 黑 腹 果 蝇 的15 倍 而CG5017 CG42643 CG13524 CG32475 CG33508 crebB 和rut 这7 个 基 因 在 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 黑 腹 果 蝇 头 部 显 著 下 调表达 图4 表2 基于RNA 测序结果选择用于qPCR 验证的感染沃尔巴克氏体和未感染黑腹果蝇头部的差异表达基因 Table2 DifferentiallyexpressedgenesselectedforqPCRvalidationbasedonRNAsequencingintheheads ofWolbachia infectedanduninfectedDrosophilamelanogaster 选择依据 Selectioncriterion 差异倍数大且可能与神经行为相关 Largedifferencesinexpressionand possiblyrelatedtoneurobehavior 可能与神经行为相关 Possiblyrelatedtoneurobehavior 与学习记忆相关 Relatedtolearningandmemory 基因 Gene CG13794 CG13321 CG2977 CG33508 CG32475 CG30473 CG42643 CG13524 crebB rut CG5017 差异倍数 Foldchange 4 25 3 24 2 39 0 14 1 79 1 63 1 45 0 46 0 84 0 98 0 55 生物功能 Biologicalfunction 神经递质跨膜转运蛋白活性 Neurotransmittertransmembranetransporteractivity 神经递质跨膜转运蛋白活性Ganglionmothercell 神经胶质和神经元Gliaandneuron 钠离子跨膜转运Sodiumiontransmembranetransport G 蛋白偶联受体信号通路 Gprotein coupledreceptorsignalingpathway 气味结合蛋白51aOdorant bindingprotein51a 离子型受体75b Ionotropicreceptor75b 气味结合蛋白58cOdorant bindingprotein58c 环腺苷酸反应元件结合蛋白B Cyclic AMPresponseelementbindingproteinB 膜结合Ca 2 钙调蛋白激活的腺苷酸环化酶 Membrane boundCa 2 calmodulin activatedadenylylcyclase thatisresponsibleforsynthesisofcAMP Nap 家族的核小体组装因子 与长期记忆形成有关 Nucleosome assembly factor of the Nap family involved in long termmemoryformation 差 异 表 达 倍 数 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体 黑 腹 果 蝇 中 基 因 表 达 水 平 未 感 染 黑 腹 果 蝇 中 基 因 表 达 水 平 Foldchange expression levelinWolbachia infectedDrosophilamelanogaster expressionlevelinuninfectedD melanogaster 图4 感染沃尔巴克氏体和未感染黑腹果蝇头部RNA 测序中差异表达基因的qPCR 验证结果 Fig 4 ResultsofqPCRvalidationofdifferentiallyexpressedgenesidentifiedbyRNAsequencingintheheadsofWolbachia infectedanduninfectedDrosophilamelanogaster 图 中 数 据 为 平 均 数 标 准 误 和 分 别 表 示 经t 检 验 法 检 验 在P 0 05 P 0 01 和P 0 001 水 平 差 异 显 著 Data are mean SE or indicatessignificantdifferenceatP 0 05 P 0 01orP 0 001levelbyttest respectively 3 讨论 目 前 关 于 沃 尔 巴 克 氏 体 对 宿 主 影 响 的 研 究 主 要 集 中 在 其 介 导 宿 主 繁 殖 的 调 控 机 制 如 引 起 昆 虫 宿 主 产 生 精 卵 细 胞 质 不 亲 和 Beckmannetal 2019 Biwotetal 2020 沃 尔 巴 克 氏 体 也 可 以 通 过 多 种 方 式 对 宿 主 的 免 疫 产 生 影 响 抑 制 宿 主 体 内 病 原 生 物 如 病 毒 的 增 殖 Hedgesetal 2008 Gongetal 6 期 陈梦岩等 沃尔巴克氏体感染对黑腹果蝇头部转录组的影响 1427 2020 因此已经被用于媒介昆虫如蚊虫的生物防治 Zheng et al 2019 并 可 望 被 用 于 农 业 害 虫 的 防 治 然 而 沃 尔 巴 克 氏 体 不 仅 存 在 于 宿 主 的 生 殖 系 统 中 而 且 也 广 泛 存 在 于 宿 主 的 神 经 系 统 中 Albert son et al 2013 Pietri et al 2016 因 此 有 可 能 对 宿 主 的 神 经 行 为 也 产 生 影 响 本 课 题 组 前 期 研 究 发 现 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 和wRi 品 系 均 能 显 著 提 高 其 自 然 宿 主 黑 腹 果 蝇 和 拟 果 蝇D simulans 的 学 习 记 忆 能 力 Bi et al 2019 已 有 研 究 表 明 沃 尔 巴 克 氏 体 能 广 泛 影 响 宿 主 基 因 的 表 达 He et al 2019 Douetal 2021 为 了 探 索 沃 尔 巴 克 氏 体 提 高 果 蝇 学 习 记 忆 能 力 的 分 子 机 制 本 研 究 对 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 和 未 感 染 黑 腹 果 蝇 头 部 进 行 转 录 组 测 序 鉴 定 出679 个 差 异 表 达 基 因 进 一 步 支 持 沃 尔 巴 克 氏 体 改 变 宿 主 基 因 表 达 的 能 力 另 外 还 筛 选 了 11 个 差 异 表 达 基 因 进 行qPCR 验 证 发 现CG13794 基 因 在 感 染 沃 尔 巴 克 氏 体wMel 黑 腹 果 蝇 头 部 上 调 15 倍 CG13794 基 因 属 于 钠 氯 依 赖 性 神 经 递 质 转 运 蛋 白SLC 溶 质 载 体 家 族 6 家 族 的 一 个 亚 家 族 具 有 传 递 神 经 递 质 的 活 性 作 用 Romero Calder net al 2007 但 目 前 还 没 有 关 于CG13794 基 因 在 果 蝇神经行为方面的功能研究报道 由于神经行为的 形 成 离 不 开 兴 奋 的 传 递 神 经 递 质 的 传 递 以 及 突 触 的 形 成 因 此 推 测 沃 尔 巴 克 氏 体 感 染 可 能 会 增 强 果 蝇 神 经 递 质 的 传 递 从 而 增 强 果 蝇 的 学 习 记 忆 能 力 或 其 他 行 为 后 续 将 购 买 或 构 建CG13794 基 因 敲 降 或过表达果蝇以进一步研究该基因在神经行为发育 过程中的功能 本 课 题 组 前 期 研 究 显 示 感 染wRi 品 系 的 拟 果 蝇嗅觉反应显著增高 表现为寻找食物的时间缩短 对 气 味 更 敏 感 同 时 其 体 内 嗅 觉 受 体 基 因or83b 的 表达水平在嗅觉反应快的果蝇中显著高于嗅觉反应 慢 的 果 蝇 表 明 沃 尔 巴 克 氏 体 可 能 通 过 调 节 宿 主 嗅 觉 相 关 基 因 的 表 达 从 而 提 高 了 宿 主 的 嗅 觉 反 应 能 力 Peng Wang 2009 本 研 究 发 现 编 码 气 味 结 合 蛋 白51a odorant binding protein 51a Obp51a 的 CG30473 基 因 在 感 染wMel 的 黑 腹 果 蝇 头 部 也 呈 显 著上调表达 推测沃尔巴克氏体可能通过调节宿主 嗅觉相关基因的表达 从而提高其嗅觉反应能力 因 而也在糖奖励的嗅觉学习记忆检测过程中表现为学 习记忆能力的提高 Bietal 2019 creb B 基 因 编 码 环 磷 酸 腺 苷 cyclic adenosine monophosphate cAMP 反 应 元 件 结 合 蛋 白B 该 蛋 白 在 记 忆 形 成 中 起 关 键 作 用 对 突 触 可 塑 性 具 有 重 要 意 义 在 进 化 上 非 常 保 守 Zhangetal 2015 rut 基 因 编 码 钙 钙 调 蛋 白 依 赖 性 腺 苷 酸 环 化 酶 并 与 果 蝇 的 记 忆 形 成 有 关 Kacsohetal 2015 本 研 究 通 过RNA 测 序 和qPCR 分 析 都 发 现 这2 个 基 因 的 表 达 水 平 在 感 染wMel 的 黑 腹 果 蝇 头 部 显 著 下 调 表 达 此 外 编 码 另 一 种 嗅 觉 结 合 蛋 白Obp58c 的CG13524 基 因 也 在 感 染wMel 黑 腹 果 蝇 头 部 显 著 下 调 表 达 推 测 这3 个 基 因 在 沃 尔 巴 克 氏 体 介 导 的 果 蝇 神 经 行 为 反 应 改 变 过 程 中 发 挥 着 特 定 作 用 但 具 体 作 用 及 其介导机制有待进一步研究探索 感染沃尔巴克氏体的许多宿主都是农业害虫和 媒 介 昆 虫 已 有 研 究 表 明 可 以 利 用 沃 尔 巴 克 氏 体 来 防 治 害 虫 如 褐 飞 虱Nilaparvata lugens Gong et al 2020 该 虫 是 水 稻 的 主 要 害 虫 之 一 既 能 直 接 刺 吸 植 株 导 致 水 稻 倒 伏 也 能 传 播 水 稻 病 毒 严 重 为害水稻等农作物生产 采用胚胎显微注射技术将 沃 尔 巴 克 氏 体 的wStri 品 系 转 入 褐 飞 虱 发 现 感 染 wStri 的褐 飞虱 表现 出很 强的CI 表型 如果 在野 外释 放 感 染 雄 性 与 野 外 未 感 染 雌 性 交 配 后 胚 胎 不 能 发 育 则 可 降 低 害 虫 的 数 量 另 一 方 面wStri 还 可 以 显 著 抑 制 褐 飞 虱 体 内 的 水 稻 矮 缩 病 毒 ricedwarfvirus RDV Gong et al 2020 该 研 究 可 为 农 业 害 虫 的 生 物 防 治 提 供 一 个 新 的 环 境 友 好 型 策 略 此 外 利 用 沃 尔 巴 克 氏 体 控 制 蚊 虫 的 研 究 已 经 转 入 应 用 阶 段 在 澳 大 利 亚 Bourtzis et al 2014 Rohde et al 2019 美 国 Mains et al 2019 意 大 利 Caputo et al 2020 法 属 波 利 尼 西 亚 Bourtzis et al 2014 越 南 以 及 中 国 限 于 广 东 省 广 州 市 Bourtzisetal 2014 Zheng et al 2019 已 经 批 准 田 间 释 放 携 带 沃 尔 巴 克 氏 体 的 蚊 虫 用 于 消 灭 登 革 热 病 等 蚊 媒 病 Caputo et al 2020 田 间 试 验 表 明 这 种 方 法 可 显 著 降 低 当 地 蚊 虫 的 数 量 Mainsetal 2019 有 效 控 制 了 如 登 革 热 等 蚊 媒 病 的 发 生 Zheng et al 2019 因 此 本 研 究 具 有 重 要 的 生 态 学 意 义 和 潜 在 的 应 用 价 值 不 仅 可 为 更 好 地 了 解 胞 内 共 生 菌 与 宿 主 相 互 作 用 的 机 制 研 究 提 供 基 础 也 可 为 害 虫 的 生 物防治研究提供新的思路 参 考 文 献 References Albertson R Tan V Leads RR Reyes M Sullivan W Casper Lindley C 2013 Mapping Wolbachia distributions in the adult Dro sophilabrain CellularMicrobiology 15 9 1527 1544 Beckmann JF Bonneau M Chen HL Hochstrasser M Poinsot D Mer ot H Weill M Sicard M Charlat S 2019 The toxin antidote model of cytoplasmic incompatibility genetics and evo 1428 植 物 保 护 学 报 48 卷 lutionaryimplications TrendsinGenetics 35 3 175 185 Bi J WangYF 2020 The effect of the endosymbiont Wolbachia on the behaviorofinsecthosts InsectScience 27 5 846 858 BiJ ZhengY WangRF AiH HaynesPR BrownlieJC YuXQ Wang YF 2019 Wolbachiainfectionmayimprovelearningandmemory capacity of Drosophila by altering host gene expression through miRNA InsectBiochemistryandMolecularBiology 106 47 54 Biwot JC Zhang HB Liu C Qiao JX Yu XQ Wang YF 2020 Wolbachia induced expression of Kenny gene in testes affects male fertility in Drosophila melanogaster Insect Science 27 5 869 882 Bourtzis K Dobson SL Xi ZY Rasgon JL Calvitti M Moreira LA Bossin HC Moretti R Baton LA Hughes GL et al 2014 Har nessing mosquito Wolbachia symbiosis for vector and disease control ActaTropica 132 S 150 163 Bulman CA Chappell L Gunderson E Vogel I Beerntsen B Slatko BE Sullivan W Sakanari JA 2021 The eagle effect in the Wolbachia wormsymbiosis Parasites Vectors 14 1 118 Caputo B Moretti 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