二斑叶螨体内噬菌体WO、Wolbachia和寄主三者关系的研究

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Wolbachia是母系遗传的胞内共生菌,在节肢动物中广泛分布,能够调控宿主的生殖方式,包括胞质不亲和(cytoplasmic incompatibility,CI),诱导产雌孤雌生殖(parthenogenesis inducing,PI),诱导雌性化(feminization)和杀雄(male-killing)。其中,最常见的是CI,即在同一物种里,感染Wolbachia的雄虫与未感染Wolbachia的雌虫交配(unidirectionalCI,单向胞质不亲和)或者感染不同株系Wolbachia的雌雄个体交配(bidirectionalCI,双向胞质不亲和),结果往往表现为后代胚死亡和/或性比偏重雄性。在研究Wolbachia引起的生殖异常的机理时,发现在Wolbachia基因组上的自由移动因子的数目非常多。随着研究的深入,已证明Wolbachia内存在噬菌体,被命名为WO,并认为噬菌体WO可能是Wolbachia进行遗传调控的一种潜在的转化工具。
  通过建立系统发育树,发现噬菌体WO与生殖异常现象之间没有系统进化上的一致性,说明WO并没有直接作用于寄主的生殖异常现象。后来,许多研究证明,噬菌体WO密度与Wolbachia密度之间呈负相关关系,并且Wolbachia密度与CI强度呈正相关关系。基于此,提出了“噬菌体密度模型”。但随着研究的深入,这种模型的普遍性开始遭到质疑。在受到外界条件的刺激下,噬菌体WO可能会转变生活史或者编码一些对Wolbachia或者寄主有辅助作用的蛋白质。这些外界条件主要包括温度、昆虫寄主的日龄、昆虫寄主的基因型以及同个个体内的其它共生菌等。
  本研究检测并分析了二斑叶螨TetranychusurticaeKoch(红色型)20个地理种群中的噬菌体WO和Wolbachia的感染情况,并从温度、日龄、同个个体内的另一种共生菌Cardinium这三个外界影响因子的角度研究分析二斑叶螨、Wolbachia和噬菌体WO这三者之间的动态变化关系。
  本研究的主要内容以及取得的初步研究成果如下:
  1.20个地理种群中所有的种群都感染Wolbachia,但只有30%(6/20)种群的Wolbachia携带噬菌体WO。进一步对携带噬菌体WO的6个地理种群感染的Wolbachia的,wsp基因和噬菌体WO的arf7基因进行测序并比对分析,结果发现:共有四种不同的wsp基因序列,分别属于B组Wolbachia的Con和Ori亚组;两种不同的orf7基因序列相差16bp,分别为WOwUrt1(HM623911)和WOwUrt2(HM623912)。Wolbachia和噬菌体WO之间没有协同进化的对应关系,而且两种Wolbachia被同一种噬菌体WO所侵染,由此我们推断,在感染二斑叶螨的Wolbachia中可能存在噬菌体WO的水平转移。同时,通过对两种不同的orf7基因序列进行系统发育分析,发现这两种噬菌体WO在进化系统中的地位都属于第Ⅱ组,为进一步研究Wolbachia和噬菌体WO之间的相互关系打下坚实基础。
  2.通过设置不同的温度梯度(19℃,22℃,25℃,28℃和31℃),研究噬菌体WO的量、Wolbachia的量、寄主表现的CI强度在不同温度梯度下的动态关系。本研究选取感染不同Wolbachia株系但携带同一噬菌体的二斑叶螨(江苏镇江种群(ZJ)和山西运城种群(YC))作为供试材料,结果表明:极端温度可能将原本为溶源性的噬菌体转化为裂解性的噬菌体,间接改变了三者之间的关系。
  3.通过观察8个不同日龄雄螨体内的Wolbachia和噬菌体WO量,研究日龄对Wolbachia和噬菌体WO量的影响。结果表明:二斑叶螨雄螨体内的Wolbachia和噬菌体WO都随着日龄的增长而增长,当噬菌体WO增长到一定值(1.4×105,不同寄主的值不同)时会转化为裂解性的噬菌体,并表现为与Wolbachia的量呈负相关关系。
  4.通过定量PCR检测二斑叶螨江苏镇江种群的双感染Wolbachia和Cardinium品系(W+C+)和单感染Wolbachia品系(W+C-)中Wolbachia和噬菌体WO的量,研究Cardinium对Wolbachia和噬菌体WO的量的影响。结果表明:Cardinium对Wolbachia和噬菌体WO量的影响可能与性别相关。雌螨中的Cardinium促进Wolbachia和噬菌体WO量的增长,雄螨中的Cardinium却通过促进噬菌体WO量的增长从而减少Wolbachia的量。
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