榕小蜂体内噬菌体WO的感染格局及其与重寄主昆虫mtDNA变异的关联

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Wolbachia是母系遗传的胞内共生菌,在节肢动物和线虫中广泛存在,能够侵染大约20-76%的节肢动物。Wolbachia能对寄主昆虫进行生殖调控。噬菌体是生物圈中最丰富的生物体,并且在细菌的基因组进化中起着非常重要的角色。温和噬菌体WO自2000年被首次发现以来,一直备受关注。作为胞内细菌的Wolbachia,因受其生活方式的限制,通常认为不会或者不容易感染噬菌体,但是噬菌体WO在Wolbachia中的分布超过89%。多数的感染噬菌体WO的Wolbachia表现出较低数目的噬菌体类型,约有85%的Wolbachia只存在一种或者是两种噬菌体类型。  昆虫寄主-Wolbachia-WO这三者是研究节肢动物、细菌与病毒关系的一个很好的模式之一。而明确噬菌体WO和Wolbachia的系统发育关系是认识这个系统以及利用的基础。前人在Drosphila simulans、 Ephestia kuehniella、Nasonia vitripennis、Culex pipens和Gryllus pennsylvanicus等一系列昆虫上都对Wolbachia与噬菌体WO系统发育关系进行了研究,发现Wolbachia与噬菌体WO之间并没有系统发育关系的一致性。这也就暗色了噬菌体WO在不同的Wolbachia之间进行水平转移的普遍性。  以前对噬菌体WO重寄主的研究均是局限在开放和半开放环境中,而在封闭环境中的重寄主噬菌体感染格局还尚未有相关报道。为了研究生活在在封闭环境中昆虫体内噬菌体WO的感染情况以及与Wolbachia的系统发育关系,选取榕小蜂为研究材料进行研究。榕树和榕小蜂体系是研究互利共生系统的起源与进化、资源竞争、共生体系稳定机制等理论的经典模式之一。榕小蜂中Wolbachia的感染率为59%-67%,明显高于其它昆虫。  本文通过对3种榕果、23个榕小蜂物种、1406头榕小蜂进行研究,得到以下几个主要结果:  (1)榕小蜂体内Wolbachia的感染率很高,种间感染率为83%,Wolbachia体内噬菌体WO的感染率较低,其种间感染率为39%,并且噬菌体的WO的感染类型比较单一;(2)榕小蜂体内噬菌体WO与Wolbachia及噬菌体WO与昆虫重寄主榕小蜂之间并没有系统发育关系的一致性;(3)基于噬菌体orf7基因建树分析,WO表现出重寄主的“寄主专一性”;(4)榕小蜂体内Wolbachia和噬菌体WO存在频繁的水平传播现象;(5)噬菌体WO的存在与否对重寄主榕小蜂线粒体基因有明显的影响。  榕小蜂体内的Wolbachia具有很高的感染率,而且感染株系较为复杂;噬菌体WO表现出较高的感染率和较为单一的感染类型,造成这种现象的原因值得思考。通过建树分析,榕小蜂体内的噬菌体WO单独聚在一支上,表现出其“重寄主特异性”,并且这种特异性与重寄主昆虫的类别并无直接关系,造成这种现象的主要原因很可能是因为榕小蜂特殊的生活环境。  通过对榕小蜂内Wolbachia与榕小蜂、噬菌体WO与Wolbachia以及噬菌体WO与昆虫寄主榕小蜂的的系统发育对应树分析发现,三者之间并没有系统发育关系的一致性,表明榕小蜂体内的Wolbachia与噬菌体WO都可能存在明显的水平转移现象。进一步假设了榕小蜂内Wolbachia和WO可能的水平传播路线并进行讨论,由此导出了WO的水平传播的路线以及Wolbachia的水平传播对噬菌体WO的水平传播的影响,认为Wolbachia的水平传播既独立于WO的水平传播又可以加速WO的水平传播,为研究WO的水平传播提供了合理的解释。  本文成功筛选了两种在一种重寄主中同时存在三种Wolbachia和WO感染模式的小蜂:第一类是未感染Wolbachia未感染噬菌体WO个体;第二类是感染Wolbachia未感染噬菌体WO个体;第三类是感染Wolbachia同时感染噬菌体WO个体。通过对不同模式的小蜂线粒体基因的研究发现,不论是否感染Wolbachia,感染和未感染噬菌体WO的重寄主的mtDNA聚在两个大支上,表现出明显的差别。这个结果表明噬菌体WO的存在与其重寄主线粒体基因变异有关联,尽管关联机制还不明确。
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