莱氏绿僵菌激活宿主棉铃虫体液免疫以清除血淋巴中进入的肠道菌

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昆虫病原真菌(Entomopathogenic fungi,EPF)是一种对环境友好的生物杀虫剂,可用于防治农业害虫。昆虫的肠道具有复杂的菌群,这些肠道菌对宿主的生理机能,如发育、免疫和防御等,产生重要的影响。有学者认为肠道菌在EPF发挥杀虫作用中是必要的,但也有人持相反的观点。越来越多的研究表明昆虫肠道菌在调节宿主与EPF之间的互作中起着至关重要的作用,但分子机制尚不完全清楚。棉铃虫(Helicoverpa armigera)是分布于全球的重要农业害虫,寄主范围极其广泛。莱氏绿僵菌(Metarhizium rileyi)是一种重要的EPF,能够感染包括棉铃虫在内的多种鳞翅目夜蛾科害虫,具有重要的应用前景。本研究中,为了阐明肠道菌是否能够调节宿主与EPF之间的互作,我们以M.rileyi感染棉铃虫为模型,研究真菌—宿主—肠道菌三者之间的关系,主要获得如下结果:1、肠道菌的存在与否对棉铃虫在注射M rileyi芽生孢子后的存活率无显著影响。2、棉铃虫血淋巴中总细菌载量在注射芽生孢子12 h后显著增加,且增加的细菌至少部分来自肠道。肠道菌能够在注射芽生孢子后进入血淋巴,可能与此时的肠道围食膜被损伤有关。注射芽生孢子可以显著诱导一种几丁质酶(chitinase-like protein EN03)基因在肠道中表达。3、棉铃虫血淋巴总的细菌载量在注射芽生孢子48 h后显著减少,且此时的血浆抑菌活性显著增强,这种增强可能是真菌感染引起的。4、棉铃虫脂肪体中的免疫相关基因在注射芽生孢子12 h和48 h后大多显著上调表达。注射芽生孢子48 h后上调的抗菌肽进入血淋巴,从而导致此时血浆的抑菌活性显著增强。5、注射芽生孢子后棉铃虫血淋巴菌多样性降低,3种肠源性血淋巴菌约氏不动杆菌(Acinetobacterjohnsonii)、寡养单胞菌(Stenotrophomonas rhizophi)和路氏肠杆菌(Enterobacter Ludwigii)的载量在注射芽生孢子12h后增加,在注射芽生孢子48 h后减少,且48 h的血浆对约氏不动杆菌的抑制活性显著增强。将这3种细菌注入血腔,导致棉铃虫幼虫生长发育迟缓。综上,M rileyi感染棉铃虫后导致其肠道菌进入血淋巴,但与此同时M rileyi感染也激活了宿主棉铃虫的免疫系统,快速清除了入侵的肠道菌,从而使得肠道菌不能协同M.rileyi杀死棉铃虫。本研究初步证实真菌可利用宿主昆虫的免疫系统以清除入侵的肠道菌,以避免肠道菌与之竞争血淋巴中的营养。真菌这种“利用”宿主免疫系统的方式,不同于以往报道的真菌“抑制”或“逃避”宿主免疫,加深了我们对真菌—宿主互作机制的理解,并为利用真菌杀虫提供了重要的理论依据。
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