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胞内共生菌Wolbachia pipientis广泛分布于节肢动物中,是自然界中分布范围最广泛的内共生菌之一。Wolbachia在宿主中的寄生位置主要是生殖系统内,随着宿主的卵细胞垂直传播,自然环境中的Wolbachia也存在种间水平传播。Wolbachia主要通过胞质不亲和(Cytoplasmic Incompatibility,CI)、孤雌生殖(Parthenogenesis Inducing,PI)、雌性化(Feminization)、杀雄现象(Male Killing)四种方式操控宿主的生殖策略,其中胞质不亲和是最常见的一种操控方式。Wolbachia不仅操控宿主的生殖方式,还对宿主的营养代谢、适合度、免疫防御等产生一定的影响。但是到目前为止,Wolbachia与宿主之间具体的互作机制还不是很清楚。据推测,Wolbachia基因组中包含大量的重复序列和可移动元件,这些基因很可能在Wolbachia与宿主的互作中扮演重要的角色。此外,Wolbachia本身的T4SS(TypeⅣSecretion System)分泌系统用于细胞与细胞之间的物质转运,包括DNA、蛋白质等,这些物质中很多被视为Wolbachia的效应子,这些效应子分泌到宿主细胞后,与细胞内的特定成分发生互作,从而影响宿主的细胞过程。越来越便利的组学研究手段将为我们研究宿主与内共生菌的互作机制提供新的机遇。 传粉榕小蜂(膜翅目:小蜂总科)是与榕树有着密切互利共生关系的昆虫。它们生活在特定榕树物种的榕果中,整个生长发育过程都在榕果中完成,当雌蜂发育成熟并与雄蜂交配后钻出榕果,飞向另一棵榕树合适的榕果产卵,同时为榕树传粉。我们之前的研究发现,在对叶榕上生活着两类在形态上无法区分的传粉榕小蜂(Ceratosolen solmsi),其中一类传粉榕小蜂感染Wolbachia,另一类不感染Wolbachia,且这两者的线粒体基因组有极显著差异。考虑到线粒体与Wolbachia同为母系遗传的细胞内因子,我们很关心Wolbachia是否与这种差异有关联。基于这种天然存在的同一物种既有感染Wolbachia的群体,也有不感染群体的绝佳系统,我们也很想通过高通量组学手段进行比较,进而了解Wolbachia如何与宿主互作。 本研究以Wolbachia感染和不感染的两类对叶榕传粉榕小蜂雌雄虫为研究对象,利用高通量转录组测序的手段,比较雌雄样本在Wolbachia感染前后的Wolbachia细菌基因以及宿主小蜂基因的差异表达格局。在Wolbachia感染的群体中,我们共筛选到53个在雌雄宿主间存在差异表达的Wolbachia基因,其中在雄虫中上调的基因共36个,功能主要涉及转座、基因重组、噬菌体蛋白、核苷酸转运、生物膜和毒性因子产生等;在雌虫中上调的基因共17个,功能主要集中在DNA损伤后修复、肌动蛋白结合、细胞周期调控等。对于榕小蜂宿主的基因来说,雄虫在感染Wolbachia前后的差异表达基因有1753个(上调855个,下调898个);而雌虫差异表达基因仅有217个(上调124个,下调93个)。 因此,我们推测,Wolbachia在雌雄宿主中与宿主的相处模式不同,雌虫中Wolbachia与宿主的关系更和谐:(1)Wolbachia更关注自身基因损伤后修复,结合宿主细胞的肌动蛋白细胞骨架,以便随着宿主细胞的有丝分裂而成功侵入生殖系统内,提高感染密度,以利于自身的扩散与传播;(2)榕小蜂雌性宿主在感染Wolbachia前后差异表达基因较少,说明宿主已经接受了这个“入侵者”。而在雄性小蜂体内,Wolbachia与宿主之间仍处于相互抵抗阶段:(1)Wolbachia增强自身复制,延迟细胞分裂,保证自身细胞完整性;(2)Wolbachia向宿主细胞中分泌毒性物质,发生互作,以维持自身的存在;(3)榕小蜂雄性宿主在感染Wolbachia前后差异表达基因较多,是雌虫的8倍多,说明雄虫宿主仍在“抵抗”这个“入侵者”。这些研究结果为我们进一步探讨对叶榕传粉榕小蜂(C.solmsi)与Wolbachia进化互作研究提供分子依据,也为其它昆虫-内共生菌的互作研究奠定基础。