不同地理株白纹伊蚊经滞育卵传递寨卡病毒的研究

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目的:通过不同气候区白纹伊蚊经口感染寨卡病毒的研究,明确白纹伊蚊(Aedes albopictus)对ZIKV的传播效能及垂直传播能力,确定我国不同气候区白纹伊蚊滞育卵保存和传递寨卡病毒的能力,探讨媒介蚊虫在病毒远距离扩散中的作用以及自然界非流行期间维持寨卡病毒存活的保存机制;并通过分析寨卡病毒(Zikv virus,ZIKV)感染后滞育卵和非滞育卵的转录组mRNA表达谱和Small RNA分子microRNA表达谱,探讨病毒感染与白纹伊蚊滞育的分子作用机制,为寻找新的媒介防控策略和靶点提供新的思路。方法:1.不同地理株白纹伊蚊对ZIKV的传播效能检测:采自温带、北亚热带和南亚热带的三个地理株白纹伊蚊经口感染ZIKV,于感染后4d、7d、10d、14d解剖蚊虫中肠、唾液腺和卵巢,并收集唾液,提取RNA后通过荧光实时定量PCR(qRT-PCR)检测各组织的感染率和病毒载量;收集唾液并接种到C6/36细胞中,观察细胞病变效应。2.不同地理株白纹伊蚊经滞育卵传递ZIKV的研究:检测白纹伊蚊雌蚊在短光照和长光照光周期下第一和第二生殖营养周环滞育卵的滞育率和孵化率,用低氧水刺激滞育卵解除滞育后,子代(卵、幼虫、成虫)的ZIKV感染情况以及成蚊叮咬乳鼠的传播实验。3.不同地理株白纹伊蚊感染ZIKV后滞育前期、滞育中期和滞育后期的滞育卵的RNA-seq和Small RNA的高通量测序及分析:白纹养伊蚊同时喂以含与不含ZIKV的血餐分别作为ZIKV组和对照组,在短光照和长光照光周期下收集滞育前期、滞育中期和滞育后期的滞育卵,提取总RNA,构建Small RNA文库和mRNA文库,利用RNA-seq和Small RNA测序技术和生物信息学方法对ZIKV组和对照组中miRNA和mRNA的表达谱进行分析,找出差异基因后对mRNA和miRNA表达谱进行联合分析,构建miRNA-mRNA调控网络,筛选出滞育相关和与ZIKV感染相关的关键miRNA及其靶基因。4.qRT-PCR验证:通过qRT-PCR对Small RNA和RNA-Seq的数据进行验证。结果:1.不同地理株白纹伊蚊感染ZIKV的媒介能力检测:感染后4d、7d、10d、14d,三个地理株株白纹伊蚊感染率(Infection rate,IR)、扩散率(Dissemination rate,DR)和传播率(TR transmission rate,TR)的整体趋势都是随着时间的延长而升高。三株白纹伊蚊的TR在4 dpi(Days post-infection,dpi)都未能检出病毒阳性,北京株白纹伊蚊的TR低于杭州株和广州株白纹伊蚊的TR,并且在7 dpi时差异有统计学意义(Fisher’s exact tests,P<0.05);三株白纹伊蚊的IR趋势一致,在各时间点均无明显差异(P>0.05);第10 dpi后,北京株白纹伊蚊的唾液腺感染率显著高于杭州株和广州株(P<0.05)。三个地理株白纹伊蚊的唾液、中肠、唾液腺和卵巢的病毒载量呈现逐渐增高的趋势,第4 dpi均未在唾液腺检测到ZIKV,在10 dpi杭州株和广州株白纹伊蚊的唾液ZIKV拷贝数显著高于北京株白纹伊蚊的唾液ZIKV拷贝数(P<0.05);三个地理株白纹伊蚊的中肠ZIKV拷贝数在各时间点差异无统计学意义(P>0.05);三个地理株白纹伊蚊的的唾液腺在感染后4 dpi和14 dpi的ZIKV拷贝数差异有统计学意义(P<0.05),表明ZIKV在白纹伊蚊体内得到了有效的复制,但三个地理株白纹伊蚊的唾液腺和卵巢的ZIKV拷贝数在同一时间点差异均无统计学意义(P>0.05)。2.短光照诱导白纹伊蚊产滞育卵:在短光照下三个地理株白纹伊蚊的卵与长光照对照组下相比,白纹伊蚊卵的滞育率明显升高并差异有统计学意义(P<0.05);短光照组的三个地理株白纹伊蚊的卵的滞育率从7 dpov(Days post-oviposition,dpov)到21 dpov逐渐上升,趋于平缓至40 dpov并达到最高。同一地理株白纹伊蚊滞育卵的滞育率在滞育前期和滞育后期差异统计学上有意义(P<0.05)。北京株白纹伊蚊滞育率相比广州株白纹伊蚊滞育率在滞育各时期都高并且差异有统计学意义(P<0.05),杭州株和广州株白纹伊蚊滞育率在滞育中期21 dpov和滞育后期40 dpov的差异有统计学意义(P<0.05),但在滞育前期11dpov差异无统计学意义(P>0.05)。3.光周期对白纹伊蚊滞育卵孵化的影响:短光照下,三个地理株白纹伊蚊的卵随着低温和光周期的联合作用,自第7天后至40天后观察结束,孵化率逐渐降低,并且滞育前期和滞育后期差异有统计学意义(P<0.05);三个地理株白纹伊蚊在短光照组的卵的孵化率与长光照对照组卵的孵化率相比,显著降低(P<0.05)。对比不同地理株时,滞育后期40 dpov的温带地区北京株白纹伊蚊的卵孵化率(21.45%)显著高于亚热带地区广州株白纹伊蚊卵孵化率(8.15%)(P<0.05)。4.感染ZIKV后不同地理株白纹伊蚊卵滞育率:在短光照下三个地理株白纹伊蚊的卵滞育率高于长光照对照组下白纹伊蚊卵滞育率,三个地理株白纹伊蚊滞育卵的滞育率在滞育后期时高于滞育前期(P<0.05);北京株白纹伊蚊滞育率显著高于广州株白纹伊蚊滞育率(P<0.05);杭州株和广州株白纹伊蚊滞育率在滞育中后期差异有统计学意义(P<0.05)。5.感染ZIKV后三个地理株白纹伊蚊卵孵化率:长光照组的三个地理株的卵在产卵后40天孵化率平均在40%以上,三者孵化率无统计学意义(P>0.05);在短光照条件下,低温和光周期和联合作用使三个地理株白纹伊蚊的卵在滞育后期40 dpov的孵化率明显较长光照组卵的孵化率低(P<0.05);并且短光照下亚热带地区杭州株和广州株白纹伊蚊卵孵化率显著低于北京株白纹伊蚊卵孵化率(P<0.05),与非感染组相比,感染组白纹伊蚊卵的孵化率明显降低(P<0.05)。6.滞育卵感染率:短光照下,三个地理株白纹伊蚊的第二生殖营养周环的卵的MIR变化趋势基本相似,且在滞育前期11 dpov和滞育后期40 dpov三者的MIR差异无统计学意义(P>0.05)。但在滞育后期40 dpov时广州株白纹伊蚊卵的MIR明显较北京株白纹伊蚊卵的子代感染率(Minimum infection rate,MIR)高(P<0.05);长光照对照组在滞育前11 dpov时杭州株和广州株白纹伊蚊的卵的RNA拷贝数高于北京株白纹伊蚊的卵的RNA拷贝数(P<0.01);三个地理株白纹伊蚊的第二生殖营养周环卵的RNA拷贝数在滞育中后期时差异无统计学意义(P>0.05)。7.不同地理株白纹伊蚊对ZIKV的垂直传播能力检测:通过qRT-PCR检测三株白纹伊蚊的子代感染(Filial infection rate,FIR)情况,结果显示短光照下北京株第二生殖营养周环的子代感染率的MIR为,幼虫8/120,成虫7/120;杭州株白纹伊蚊的FIR的MIR为幼虫7/120,成虫4/120;广州株的子代的FIR的MIR为幼虫13/120,成虫8/120;广州株子代幼虫的FIR显著高于北京株和杭州株的FIR(P<0.05),而成虫阶段FIR差异无统计学意义(P>0.05)。三株白纹伊蚊的第二生殖营养周环子代成蚊在叮咬乳鼠实验后,叮咬的乳鼠脑组织皆能检测到ZIKV阳性。8.白纹伊蚊感染ZIKV后滞育卵的mRNA测序分析:共选取20个差异基因进行qRT-PCR验证,结果表明结果RNA-seq与实时荧光定量qRT-PCR结果一致。对差异表达基因进行GO和KEGG富集分析,发现一些与滞育有关的通路如昼夜节律等,免疫反应和炎症反应相关的通路比如MAPK信号通路、细胞凋亡等,代谢有关如氨基酸合成代谢、能量合成和脂肪代谢、氧化还原反应及应激应答等。利用Small RNA测序技术差异小RNA筛选,在差异基因里筛选与病毒感染相关的GO功能注释发现多个抗病毒相关通路基因的变化,如免疫系统过程、转录调节活性、对病毒的应答等;信号通路则在Toll信号通路、MAPK信号通路、细胞周期等方面。根据KEGG通路富集,ZIKV感染后滞育卵差异靶基因所富集的Jak-STAT信号通路、MAPK信号通路、FcγR介导的吞噬作用细胞凋亡等通路并与免疫反应和炎症反应相关。9.miRNAs-mRNAs关联分析:对ZIKV感染的白纹伊蚊滞育卵的差异表达miRNA和mRNA进行关联分析,共得到49个miRNAs-mRNAs配对,其中上调为24个配对,下调为25个配对;并有新发现的miRNAs-mRNAs配对10个,上下调各5个。结论:1.温带地区北京株白纹伊蚊、北亚热带地区杭州株白纹伊蚊和南亚热带地区广州株白纹伊蚊均可感染和传播寨卡病毒,并且南亚热带地区广州株媒介能力高于温带地区北京株白纹伊蚊。2.寨卡病毒能在温带地区北京株白纹伊蚊、亚热带地区杭州株和广州株白纹伊蚊滞育卵中存活,并能经白纹伊蚊滞育卵垂直传递寨卡病毒给子代成虫,叮咬乳鼠后鼠脑亦检测到寨卡病毒;3.短光照诱导白纹伊蚊滞育率从滞育前期到滞育后期逐渐升高。温带地区北京株白纹伊蚊滞育率高并且孵化率也相对较高,说明温带地区白纹伊蚊更能在冬季低温等不良环境下生存。经口感染寨卡病毒后,温带地区北京株白纹伊蚊卵孵化率更高。与非感染组相比,感染组的白纹伊蚊卵的滞育率无明显差异,但孵化率显著降低;4.通过对感染寨卡病毒的滞育卵进行转录组分析,发现一些与滞育和感染免疫有关的通路如昼夜节律,氨基酸合成代谢,能量合成和脂肪代谢等。关联分析后新发现的miRNAs-mRNAs10个。
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