BdNub基因在橘小实蝇IMD免疫及肠道微生物稳态中的功能研究

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:leimu438
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昆虫先天免疫系统能对侵入虫体的各种病原进行识别并快速做出免疫响应,昆虫免疫信号通路主要包括Imd信号通路和Toll信号通路,此外高效免疫系统需要多种调控因子进行协调达到免疫平衡。昆虫肠道微生物对宿主具有多重功能,有利于宿主生长发育、抵抗病原菌等。本研究以重要园艺害虫橘小实蝇Bactrocera dorsalis为研究对象,通过数据库生物信息分析发现POU/OCT家族的BdNub基因存在两种转录异构体,对其进行氨基酸序列分析、蛋白功能域预测,并进行BdNub不同转录异构体的时空表达模式研究,采用RNAi及q PCR等分子生物学技术研究橘小实蝇BdNub基因在其系统免疫和肠道免疫中的功能,及其对肠道微生物群落的影响。主要结果如下:1橘小实蝇BdNub序列分析和表达模式研究通过NCBI数据库分析,发现橘小实蝇BdNub基因存在可变剪切,产生两种转录异构体,其中BdNub X1转录异构体包含5个外显子区域,BdNub X2转录异构体包含4个外显子区域,两者有极大部分重叠,有部分差异片段。系统发育分析表明橘小实蝇BdNub基因与辣椒实蝇Bactrocera latifrons亲缘关系最近(86),且橘小实蝇BdNub基因Pit-Oct-Unc(POU)结构域和Homeodomain(HOX)结构域与黑腹果蝇Drosophila melanogaster中的高度相似。而蛋白功能域预测分析表明BdNub X1和BdNub X2转录异构体蛋白质结构存在差异性,两者在蛋白质C端为相同的POU结构域与HOX结构域,因此预测不同转录异构体均有结合靶基因的能力,而蛋白质N端序列也存在一定差异,这部分结果可以推测橘小实蝇BdNub基因具转录调控功能。利用荧光定量检测技术进行BdNub基因转录水平表达模式研究,结果表明在不同发育阶段中BdNub X1和BdNub X2主要在末龄蛹期以及初羽化成虫高表达,而在成虫不同组织表达模式中,BdNub X1在中肠表达量最高,其次是前肠与精巢,而BdNub X2转录异构体在前肠和中肠中高表达。BdNub基因在肠道等免疫活性组织中的高表达暗示BdNub基因在橘小实蝇肠道免疫上的重要功能。2橘小实蝇BdNub X1与BdNub X2在成虫Imd免疫中的功能研究橘小实蝇成虫在针刺系统侵染革兰氏阴性菌Escherichia coli后,Imd信号通路免疫效应基因抗菌肽Diptcin(Dpt)、Cecropin(Cec)、Attcin A(Att A)、Attcin B(Att B)和Attcin C(Att C)均出现显著上调,而BdNub X1和BdNub X2在E.coli系统侵染1-24h中均未出现免疫响应。通过喂食方法肠道侵染革兰氏阴性菌Providencia rettgeri后抗菌肽基因Dpt、Cec、Att A、Att B和Att C表达水平在感染6h及9h时均出现显著性上调,而BdNub X1在肠道感染P.rettgeri 6h后显著上调1.6倍,而1h、3h、9-24h时间段未出现显著性上调,BdNub X2在肠道感染6h及9h出现显著上调,与对照组相比上调1.61-1.69倍。随后RNAi敲降橘小实蝇初羽化成虫BdNub X1和BdNub X2基因1d后,对其进行针刺系统感染,检测Imd通路抗菌肽基因的表达水平与对照组系统感染后并无显著差异,表明BdNub X1和BdNub X2并未参与橘小实蝇系统Imd免疫抗菌肽基因的调控。对RNAi后的试虫进行肠道感染,检测BdNub X1组肠道感染6h抗菌肽基因Dpt、Cec、Att A、Att B和Att C表达水平与对照组相比呈显著下调状态,下降到与未感染水平一致,而BdNub X2组肠道感染6h后抗菌肽基因Dpt、Cec和Att C表达水平比对照组显著上调1.98-2.59倍,结果说明橘小实蝇肠道Imd免疫中BdNub X1为抗菌肽基因的转录正调控因子,BdNub X2为抗菌肽基因的转录负调控因子。此外,研究发现RNAi橘小实蝇BdNub X1和BdNub X2基因后均会使其肠道对P.rettgeri的感染更加敏感,存活率显著降低。3橘小实蝇BdNub X1与BdNub X2对肠道微生物群落结构的影响研究通过RNAi分别研究橘小实蝇BdNub X1和BdNub X2对其肠道微生物群落结构的影响。结果表明在RNAi BdNub X1 5d后肠道总菌显著上调1.39倍,肠杆菌科细菌载量未出现显著变化,而假单胞菌属和沙门氏菌属细菌载量在RNAi 5d显著上调1.95倍和3.42倍。在RNAi BdNub X2 3d、5d后肠道总菌显著下调43.6%-59.9%,肠杆菌科细菌载量显著下调45.7%-46.3%,沙门氏菌属显著上调。结果表明BdNub基因的两个转录异构体的敲降均引起肠道微生物群落结构的变化,说明BdNub基因可能通过抗菌肽基因的调控参与肠道微生物群落稳态调控。
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