共生菌Wolbachia在灰飞虱卵子发生期的定位研究

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luhaixiong1971
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Wolbachia是一种胞内细菌,由数千种节肢动物携带。Wolbachia的成功是由于宿主母系的有效垂直传播。Wolbachia在宿主的卵子发生期过程中的行为特征很明显,但在胚胎发育过程中的行为尚不明确。WolbachiawStri株系在灰飞虱体内的垂直传播是极其有效的。为了解其原因,我们研究了它在灰飞虱胚胎的定位和活力。显微观察表明,Wolbachia主要分布在胚胎的前部。Wolbachia在卵子发生期形成了前区分布,系统发育分析认为,这可能是由于受到Wolbachia内在因素的影响。通过感染Wolbachia的胚胎的胚胎发育基因表达谱显示,Ddx1mRNAs在第三天胚胎的后区大量聚集,而其他发育基因mRNAs在第六天胚胎后区大量聚集。因此,这些基因似乎表现出与WolbachiawStri的前区定位有关,尽管他们的功能目前尚不明确。我们发现wStri在胚胎发生后期移动到性腺形成区的后部,这一发现可以解释其在灰飞虱中的高度流行。
  本篇文章通过饲养感染和未感染Wolbachia的灰飞虱作为实验材料,研究Wolbachia对灰飞虱胚胎发育的影响、Wolbachia与胚胎发育基因之间的关系以及Wolbachia在灰飞虱产卵期的定位。并且运用了荧光定量PCR技术、组织免疫组化技术、电泳等技术检测共生菌Wolbachia对灰飞虱卵子发生期的定位的影响。
  1.灰飞虱胚胎发育形态
  灰飞虱的胚胎需要7天时间,在26±1℃的温度下来完成他们的发育。感染和未感染的灰飞虱胚胎发育程度无显著差异。共聚焦观察显示,胚胎在24H内形成胚皮,48H内完成胚带形成图。胚的头叶和胸部在胚母细胞分裂过程中由后向前改变位置,在72H内开始分裂。胚带在96H前完成分化和分割,同时进行胚囊形成和背板闭合。第5天,从眼斑开始从背侧向腹侧形成完整的移动。随着胚胎发育,眼斑逐渐增大,第6天胸片发育完成。胚胎在第7天完成发育,前微孔出现裂缝,有利于孵化。在发育的任何阶段,Wolbachia对胚胎大小(长、宽、周长)没有显著影响。
  2.灰飞虱胚胎发育时Wolbachia的定位
  本文利用免疫组化技术检测早期(1-4日龄)胚胎和晚期(5-7日龄)胚胎中是否存在Wolbachia。在胚胎发生早期,我们观察到Wolbachia信号在胚胎的前面部分比较多,在胚胎后面部分比较少这种分布在胚胎发生的1-3日龄内保持不变。随后我们发现微弱的Wolbachia信号已经移动到了4日龄胚胎的中部。在胚胎晚期的Wolbachia同样也聚集在前区,并且向胚胎后端拓展分布。这些结果表明,Wolbachia在灰飞虱卵子发生期前区的定位是保守的。1日龄若虫头部Wolbachia含量高于腹部,证明了Wolbachia在胚胎前区的滴度较高。有趣的是,Wolbachia在灰飞虱中的前区定位与基于WolbachiaMLST基因序列的果蝇Wolbachia分类一致。系统发育分析表明,Wolbachia在不同宿主背景下的定位是保守的。属于A组Wolbachia的分布主要集中在胚胎的后部,wRi则明显分布在整个胚胎皮层,感染B组Wolbachia在胚胎前部分布较多。这些结果表明,WolbachiawStri的内在因素可能决定它在宿主胚胎中的分布。
  采用qPCR检测不同发育阶段胚胎Wolbachia的密度。Wolbachia的滴度随着胚胎的发育而升高,但是在胚胎发育过程中我们没有观察到任何显著的升高,证实了同样在果蝇中观察到的结果。这些结果表明Wolbachia的滴度与胚胎发育之间没有明显的相关性。
  3.灰飞虱胚胎发育基因参与了Wolbachia的定位
  在感染Wolbachia3日龄的胚胎中,大多数胚胎发育基因的表达水平在胚胎前部显著升高,而Ddx1在后部显著升高。在6日龄感染Wolbachia胚胎中,Atpα,αTub67C,CtBP,Eip63E,和Dorsal基因在后部的表达显著增高。这些结果表明Wolbachia向胚胎后端拓展分布与宿主胚胎发育基因有关。3日龄和6日龄胚胎中,大部分胚胎发育基因在未感染胚胎中较感染胚胎中表达量有所上升,5个基因(Eip63E,Dorsal,fd64A,CPO,and Ddx1)在感染和未感染胚胎中表达无显著差异。
  4.灰飞虱产卵期Wolbachia的定位
  为了验证Wolbachia在胚胎中的分布是否由母体决定,我们通过观察Wolbachia在卵母细胞不同发育阶段的分布情况即不同发育时期Wolbachia灰飞虱卵母细胞和卵巢中的位置。我们观察到Wolbachia分散于卵巢滋养体中被捕卵母细胞的卵丘中,那里是发生早期感染的地方。许多Wolbachia在早期发育的卵母细胞中也以不规则的方式积累,这些卵母细胞连接着卵巢的滋养层和卵黄层。Wolbachia也聚集在发育中的卵母细胞和成熟的卵母细胞的前部。
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