蝇蛹金小蜂小RNA病毒RoWV-1的鉴定与生物学功能研究

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随着测序技术以及宏病毒组(Virome)的发展,越来越多的新病毒被发现。寄生蜂是昆虫中物种最为丰富的生物类群之一,其上也存在着很多病毒。蝇蛹金小蜂(Pachycrepoideus vindemmia Rondani,1875)是蝇类蛹期外寄生蜂,寄主范围广泛,包括果蝇、实蝇、家蝇等,是一种有巨大开发潜力的生物防治资源。本论文针对在蝇蛹金小蜂体内发现的一种新型小RNA病毒RoWV-1展开了系列的研究,主要包括该病毒的基本分子生物学特征,以及病毒与宿主蝇蛹金小蜂和黑腹果蝇(Drosophila melanogaster Meigen,1830)三者之间的生物学关系,主要的研究结果如下:1.蝇蛹金小蜂体内小RNA病毒RoWV-1的发现与鉴定在蝇蛹金小蜂体内,发现了一种新的正义单链RNA病毒。该病毒基因组全长为9,332 nt,包含2个线性排列不重叠的开放阅读框(Open reading frame,ORF),分别编码病毒的非结构蛋白(Non-structural protein)和结构蛋白(Structural protein)。系统发育分析结果显示该病毒可以聚类到小RNA病毒目(Picornavirales)、双顺反子病毒科(Dicistroviridae)、蟋蟀麻痹病毒属(Cripavirus),将该病毒命名为Rondani’s wasp virus 1(RoWV-1)。病毒RoWV-1存在于蝇蛹金小蜂的多种组织和不同的发育阶段,在幼虫肠道中含量最高。RoWV-1不能通过垂直传播传给寄生蜂后代,但是,RoWV-1可以通过被感染蜂的粪便进行种群之间的水平传播。通过对带毒和不带毒蜂的重要生物学特征进行比较,发现RoWV-1对其宿主蜂的生物学特征没有显著影响。2.RoWV-1对蝇蛹金小蜂寄主黑腹果蝇生物学特征的影响RoWV-1不仅可以存在于蝇蛹金小蜂体内,还可以感染蝇蛹金小蜂的寄主黑腹果蝇,并且能够在黑腹果蝇体内大量复制和增殖。RoWV-1在黑腹果蝇体内的组织分布和发育动态分析表明,RoWV-1分布于黑腹果蝇的各个组织中,在雌虫中的病毒含量要高于雄虫,并且在雌虫肠道中病毒含量最高。RoWV-1在黑腹果蝇上不能通过垂直传播传给果蝇后代,但可通过被感染黑腹果蝇的粪便以及尸体进行水平传播。通过比较带毒和不带毒黑腹果蝇的一些重要生物学特征,发现RoWV-1可提高黑腹果蝇的产卵量、延长黑腹果蝇的发育历期,但会降低黑腹果蝇的羽化率。3.RoWV-1在蝇蛹金小蜂与黑腹果蝇之间传播途径分析RoWV-1可通过寄生蜂将病毒传到黑腹果蝇蛹中,在寄生蜂毒液中也可检测到病毒,但进入寄主黑腹果蝇蛹体内的病毒滴度一直维持很低的水平,在短时间内没有出现大量扩增的现象。另一方面,寄生蜂幼虫会通过取食带病毒黑腹果蝇蛹而感染病毒。虽然RoWV-1不能通过垂直传播从亲本传给后代,但在带病毒黑腹果蝇蛹的帮助下,寄生蜂的子代也可以携带病毒。不仅如此,当寄生蜂寄生带病毒黑腹果蝇蛹之后,寄生完成的寄生蜂也会感染病毒,并且随着寄生时间延长,病毒在寄生蜂腹部中的含量会增加。通过比较寄生蜂寄生带毒和不带毒黑腹果蝇蛹对寄生蜂重要生物学参数的影响,发现寄生蜂寄生带病毒黑腹果蝇蛹能显著提高寄生蜂的寄生成功率。4.RoWV-1编码的RNAi沉默抑制子初探昆虫宿主会产生RNAi免疫防御反应对抗病毒的入侵。病毒也会编码相应的RNAi沉默抑制子来对抗宿主的免疫防御反应。Dcr-2是RNAi抗病毒反应的核心成分之一,对黑腹果蝇的抗病毒防御至关重要。研究发现,Dcr-2突变型果蝇对病毒RoWV-1更加敏感,主要表现在果蝇死亡率显著增加,病毒滴度的显著增加。同时,还发现,RoWV-1的非结构蛋白编码了一段保守的ds RBD结构域。在S2细胞中,包含这段保守结构域在内的RoWV-1-1A蛋白可以抑制由ds RNA诱发的RNAi反应,因此,RoWV-1-1A蛋白可能就是病毒RoWV-1所编码的RNAi沉默抑制子蛋白。综上所述,本研究在蝇蛹金小蜂体内发现的一种新型小RNA病毒RoWV-1,隶属于双顺反子病毒科,是蟋蟀麻痹病毒属的一个新成员。RoWV-1感染寄生蜂之后,对寄生蜂没有明显的生物学影响;但是,RoWV-1感染寄生蜂的寄主黑腹果蝇之后,会导致黑腹果蝇的产卵量增加,发育历期延长,羽化率降低;为了进一步明确病毒RoWV-1与寄生蜂和寄主黑腹果蝇之间的关系,本研究还明确了病毒RoWV-1在寄生蜂和果蝇之间复杂的传播方式,这种传播方式对于利用寄生蜂及寄主系统研究病毒的跨物种传播提供了一定的参考价值;不仅如此,本研究还鉴定了得到了病毒RoWV-1所编码的RNAi沉默抑制子蛋白RoWV-1-1A,揭示了病毒与宿主之间互相博弈的过程。总之,本研究较为系统的阐述了RoWV-1病毒与宿主蝇蛹金小蜂和黑腹果蝇三者之间的生物学关系,为深入了解寄生蜂-病毒-害虫之间的内在关系提供了重要参考。
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