果蝇小环腹瘿蜂的毒液组成及其功能研究

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寄生蜂种类丰富,数量庞大,是生态系统的重要组成部分。寄生蜂依靠携带的毒液等寄生因子调控寄主行为,克服寄主免疫,影响寄主生长代谢。因寄生蜂寄生能杀死宿主的特性,使其成为一类重要的生物防治资源。斑翅果蝇Drosophila suzukii是一种严重危害浆果类水果的农业害虫。目前对斑翅果蝇的主要防治手段为喷洒化学农药,由于化学农药的过度使用,造成环境污染,严重威胁到人们的身体健康。同时,果蝇抗性产生也使得化学农药的防治效果减弱。因此,人们正在积极寻找有效的生物防治技术去控制斑翅果蝇的危害。本研究通过野外诱捕获得到两种果蝇寄生蜂,通过进一步鉴定发现其中一种为斑翅果蝇寄生蜂。然后对其进行了物种鉴定并研究了其生物学特性,进一步分析了该寄生蜂的毒液组分及调控寄主麻痹及免疫的功能,最后探讨了利用该寄生蜂对斑翅果蝇进行生物防治的潜力。具体结果如下:1.斑翅果蝇寄生蜂种类鉴定及生物学特性通过形态学鉴定,初步确定其为Leptopilina属寄生蜂。接着通过COI(Cytochrome oxidase subunit 1)序列比对明确该寄生蜂为果蝇小环腹瘿蜂Leptopilina drosophilae(Ld)。在室温条件下,Ld从卵到羽化雄虫需18 d,雌虫需20 d,期间经历卵、1龄至5龄幼虫、蛹和成虫。Ld具有良好的抗低温、抗高温和抗饥饿等抗逆能力,对斑翅果蝇具有较高寄生效率。因此,该寄生蜂是防治斑翅果蝇的优势寄生蜂。2.Ld基因组测序及RNAi(RNA interference)功能研究平台构建对Ld进行基因组测序和染色体水平组装,得到高连续性和完整度的参考基因组,挂载到10条染色体上,挂载率高达95.7%,注释得到14793个蛋白编码基因。选取嗅觉通路关键基因Orco(Odorant co-receptor)作为靶标基因,成功构建Ld寄生蜂的RNAi技术平台,为寄生蜂基因的功能研究提供支持。3.Ld通过毒液中小分子物质麻痹寄主幼虫,从而利于寄生蜂产卵Ld寄生时,寄主幼虫迅速被麻痹,失去行动能力。通过分子筛分离及蛋白酶消化的方法,证实Ld毒液中小分子物质在麻痹寄主过程中起作用。利用非靶向代谢组比对筛选到4种神经递质类小分子物质:γ-氨基丁酸、牛磺酸、多巴胺和腺苷。然后利用HPLC对这4种小分子物质进行定量,结果表明Ld毒液中4种物质浓度显著高于L.boulardi的浓度,而L.boulardi寄生不能引起寄主出现麻痹现象。利用显微注射将4种小分子分别注射进斑翅果蝇和黑腹果蝇体内,寄主均出现麻痹现象,表明这些小分子物质是Ld麻痹寄主的重要因子,从而有利于寄生蜂顺利在寄主体内产卵。4.一类GTPase毒液蛋白能够抑制寄主免疫对Ld毒腺及毒液分别进行转录组和蛋白质谱测定,结合基因组学数据共获得192个高表达寄生蜂毒液蛋白基因。依次对高表达的40个毒液基因进行RNAi功能研究,发现分别干扰Ld3919,Ld2901和Ld7079的表达后,Ld幼虫出现被寄主包囊的现象,而干扰另外37个基因则无明显表型。上述结果表明Ld利用其毒腺分泌的Ld3919,Ld2901和Ld7079三个毒液蛋白抑制寄主免疫,从而能成功寄生。对这3个毒液基因进行序列分析,结果显示它们都属于GTPase家族。综上所述,本研究诱捕了一种斑翅果蝇寄生蜂,通过形态学及分子生物学鉴定,确定该寄生蜂为果蝇小环腹瘿蜂(Ld)。Ld发育历期短,寿命长,抗高温、抗低温和抗饥饿等抗逆能力强,对斑翅果蝇具有高寄生率。Ld依靠嗅觉系统定位寄主,然后通过毒液中的小分子物质麻痹寄主,避免寄主出现抵抗行为,高效完成产卵。最后,为保证后代在寄主体内存活,Ld毒腺招募了一类特殊的GTPase毒液蛋白抑制寄主免疫防御。本研究结果一方面有利于加强寄生蜂毒液调控寄主行为和免疫的基础理论知识,另一方面有助于提升斑翅果蝇的害虫防治效率。
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