松毛虫赤眼蜂共生菌PI-Wolbachia基因组及效应蛋白WalE1表达分析

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松毛虫赤眼蜂Trichogramma 是一类已被应用于防治多种鳞翅目害虫的卵寄生性天敌,感染PI-Wolbachia后,其生殖方式会由两性生殖转变为孤雌产雌生殖。相对于未感染的品系而言,感染PI-Wolbachia的松毛虫赤眼蜂具有更好的生防潜力。探究PI-Wolbachia调控松毛虫赤眼蜂的分子机制不仅有可能获得更优良的生防品系,还为接下来研究寄生菌与宿主互作提供支持。本研究首先获得一株PI-Wolbachia全基因组信息,并对其进行分析。通过本地blast,在其中筛选出Wolbachia效应蛋白 WalE1(Wolbacia actin-localizingeffector 1),并对其蛋白结构等进行分析。利用异源表达、酵母定位、转录组信息分析、RT-qPCR等手段,证明WalE1与宿主细胞骨架存在某种互作方式,结合定量结果及相同时间点Wolbachia在宿主内滴度,推测这种结合将有助于Wolbachia在宿主细胞间的扩增。试验结果为研究Wolbachia与宿主互作研究奠定基础。全文研究结果如下:1.松毛虫赤眼蜂PI-Wolbachia基因组特征分析通过Pacbio测序以及SMRT bell文库构建,比对并去除赤眼蜂基因组信息,获得一株完整的PI-Wolbachia基因组。组装后发现该基因组大小为1108797 bp,GC含量为33.99%,含有CDS的数目为1531,tRNA和rRNA的数目分别为34和3,这与已知的PI基因组相似。此外基于4个NCBI数据库中可导致宿主产生PI生殖表型的Wolbachia基因组(wCle,wPre,wUni,wFol)与测序获得PI-Wolbachia(wTde)进行基因家族聚类分析,得到初步结果后去除与不改变宿主生殖表型的wBm同源的基因,最终结果显示这五株Wolbachia基因组共有31个相似基因簇且wBm不存在特有基因簇。2.不同发育阶段的松毛虫赤眼蜂共生茵Wolbachia内参基因筛选利用实时荧光定量逆转录聚合酶链反应(RT-qPCR)对Wolbachia的表面膜蛋白(wsp)、细胞分裂基因(ftsz)、甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)、16S核糖体RNA(16S)、重组酶A(Rec A)、延伸因子4(EF4)及DNA螺旋酶A(gyrA)七种候选内参基因进行了筛选,其中wsp,16s,gyrA,EF4四个基因在成虫期表达量满足要求,选择它们做接下来的不同发育阶段(卵、幼虫、蛹、预蛹、成虫)试验。使用Normfinder、geNorm、Bestkeeper以及Δct四种算法验证了这些候选内参基因的稳定性。结果表明,不同发育阶段中最稳定的内参基因是wsp。3.松毛虫赤眼蜂PI-Wolbachia效应蛋白WalE1基因鉴定及生信分析及亚细胞定位本试验对效应蛋白WalE1基因进行了克隆和生物信息学分析,发现WalE1基因全长1770 bp,编码589个氨基酸,具有alpha-synuclein结构域,进化上具有保守性。将WalE1克隆序列亚克隆至pYES2上构建WalE1基因重组真核质粒。利用构建的载体表达WalE1-EGFP融合蛋白表达使其可以携带荧光信号,同时使用Rhodamine-phalloidin对细胞骨架进行染色。结果表明,通过大肠杆菌表达的融合蛋白WalE1-his以可溶性蛋白形式存在。WalE1在酵母细胞内与细胞骨架共定位,表明WalE1可能与宿主细胞骨架发生互作。4.感染PI-Wolbachia对松毛虫赤眼蜂cofilin与WalE1表达模式的影响利用RT-qPCR对cofilin和WalE1基因在感染与未感染松毛虫赤眼蜂不同发育阶段(卵、幼虫、蛹、预蛹、成虫)的表达模式进行检测。未感染Wolbachia的松毛虫赤眼蜂在各个阶段均无WalE1表达,cofilin在各个时期表达相对稳定。在感染Wolbachia的松毛虫赤眼蜂中,WalE1在成虫期相对高表达,而cofilin则在蛹期和成虫期高表达,且与两性品系蜂相比,蛹期和成虫阶段的cofilin表达量显著上调。此外,在对Wolbachia滴度进行检验中,同样发现Wolbachia滴度会随着发育时间的增加而上升,预蛹、蛹和成虫期滴度显著高于卵和幼虫时期。三者有一个相似的表达趋势。对此我们推测,Wolbachia可能会通过四星分泌系统分泌WalE1等效应蛋白通过调节cofilin的表达从而影响Wolbachia滴度,帮助Wolbachia在宿主细胞间的侵染繁殖。
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