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农学院陈学新教授团队联合中科院詹帅研究员课题组揭示寄生性昆虫不同寄生策略形成的新机制

编辑:傅炜琳 来源:农业与生物技术学院办公网 时间:2021年01月11日 访问次数:10  源地址

2021年1月11日,浙江大学农业与生物技术学院陈学新教授团队联合中科院分子植物卓越创新中心詹帅研究员课题组在Nature Communications发表题为“Two novel venom proteins underlie divergent parasitic strategies between a generalist and a specialist parasite”的研究论文,揭示了寄生性昆虫形成不同寄生策略的新机制。

寄生性膜翅目昆虫,俗称“寄生蜂”,是自然界农林害虫种群数量有效控制的纯天然作用因子。因此,寄生蜂在农林害虫可持续控制中被广泛应用。寄生蜂不仅种类丰富,而且寄生策略也灵活多样。为了对抗寄主的免疫反应,寄生蜂进化出两种主要的寄生策略:免疫逃避和免疫抑制。这两种策略能够有助于寄生蜂逃避寄主的免疫反应或通过抑制寄主的免疫反应保证其后代正常存活而最终杀死寄主。另外,寄生蜂的寄主范围也十分有趣,有些寄生蜂的寄主范围十分广谱,而有些寄生蜂仅能成功寄生一小类甚至单一的寄主,其寄主范围十分狭窄。一直以来,寄生蜂寄生策略以及寄主范围形成的机制是国内外昆虫学者非常关注的重大科学问题。但到目前为止,其机制研究尚不清楚。

浙大“百人计划”黄健华研究员于2016年从美国哥伦比亚大学回国加入陈学新教授团队,开始开展寄生性天敌昆虫调控害虫机制的研究,在实验室建立了多种小环腹瘿蜂属Leptopilina寄生蜂的寄生体系。结合前人已有的研究基础,发现Leptopilina属的2种近缘寄生蜂L. heterotoma (Lh) 和L. boulardi (Lb)具有不同的寄生策略。Lh通过降低寄主血淋巴中片层细胞数目的含量,从而抑制寄主的黑化包囊免疫反应,是典型的免疫抑制策略;Lb其蜂卵能黏附于寄主肠道等组织上,从而逃避寄主的免疫反应,是典型的免疫逃避策略。另外,Lh是广谱性寄生蜂,而Lb是专性寄生蜂。因此,这两种寄生体系是研究寄生性昆虫寄生策略与寄主范围适应性机制的绝好模型。通过Lh和Lb基因组、转录组以及毒液蛋白质组等诸多组学技术,结合大规模的基因功能验证实验,研究发现一个Lh特有的毒液蛋白Lar能够引起寄主淋巴腺的凋亡,而淋巴腺是合成片层细胞的重要场所;发现一个Lb特有的毒液蛋白Warm参与蜂卵在寄主体内的黏附。进一步分析表明,Lar和Warm均起源于水平基因转移 (LGT),经历了多次基因复制事件后,最终在寄生蜂毒腺中表达并特化成毒液蛋白。同时,还发现Lar毒液蛋白的缺失能够显著降低Lh寄生效率,降低其寄主范围(图1)。至此,本研究公布了高质量的Lh和Lb参考基因组、完备的Lh和Lb毒液蛋白等基础数据;首次发现两个水平基因转移获得的毒液蛋白分别参与了寄生蜂不同的寄生策略,也为寄生蜂毒液蛋白的起源提供了全新的证据;首次提出了免疫抑制策略可能使有些寄生蜂寄主范围发生扩张,而免疫逃避策略能使专性寄生蜂成功寄生,但并不支持其扩大寄主范围的理论。

论文第一作者为黄健华研究员、陈佳妮博士研究生、房刚奇博士研究生、庞兰博士研究生和周思聪博士研究生,通讯作者为黄健华研究员、陈学新教授和詹帅研究员。该项研究得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金项目(31622048)、重点项目(31630060)、面上项目(31772522和31672370)和中科院先导项目(QYZDB-SSW-SMC029和XDB27040205)等经费的支持。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-020-20332-8

昆虫科学研究所


1 寄生性昆虫寄生策略与寄主范围适应性的新机制






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