卵黄原蛋白在家蚕微孢子虫垂直传播中的作用研究

Microsporidian Nosema bombycis (Nb) can be vertically transmitted via transovarial infection. However, the infection process and molecular mechanism remain to be elucidated. It is reported that several microorganisms can infect oocyte by hijacking host vitellogenin (Vg). We found that N. bombycis can bind to silkworm vitellogenin (BmVg), and oocyte infection only happens when BmVg highly expressed and when ovariole burst ovary and expose into coelom, and RNAi BmVg gene significantly decreases the infection of oocyte. However, microsporidia that infect silkworm but can not be vertically transmitted have no ability to bind the BmVg and infect silkworm oocyte. Then, what is the detailed time point, pathogen morphology and pathway that Nb infect oocyte? Can Nb hijack BmVg so that infect oocyte? What surface proteins that Nb use to bind the BmVg? And what are the amino acid sites that mediate the interactions? This project intends to address the detailed process that Nb infect oocyte and its correlation with BmVg, screen and identify proteins of Nb that interact with BmVg, and illuminate the amino acid sites at which the proteins intact with each other. This project will provide important references for elucidating the molecular mechanism of Nb vertical transmission and genetic breeding of silkworm that resists pebrine disease.

家蚕微孢子虫（Nb）能够经卵垂直传播，但其侵染家蚕卵母细胞的过程和分子机理均未被阐明。研究表明，卵黄原蛋白（Vg）是多种微生物侵染宿主卵母细胞的关键介导分子。我们研究发现，Nb表面能够结合家蚕的Vg（BmVg），并仅在蛹期卵管游离于体腔且BmVg高量表达时才能侵染卵母细胞，RNAi BmVg基因能够显著抑制Nb的侵染，而不能垂直传播的微孢子虫则不能结合BmVg和侵染卵母细胞。那么，Nb侵染卵母细胞的具体时间、路径和形态是怎样的？Nb能否利用BmVg侵染卵母细胞？Nb通过表面的什么蛋白与BmVg结合？其结合位点是什么？本项目拟通过分析Nb侵染卵母细胞的具体过程及其与BmVg的关系，分离鉴定Nb与BmVg的结合蛋白，并解析互作蛋白间的结合位点，为阐明Nb垂直传播的分子机理和抗病家蚕育种提供参考。

家蚕微孢子虫（Nosema bombycis, Nb）能够经卵垂直传播（简称胚传）造成蚕种先天带毒，是其严重危害蚕业的关键原因，然而其侵染家蚕卵母细胞的过程和分子机理均未被阐明。本项目研究发现，Nb对家蚕卵母细胞的侵染与卵巢管的发育阶段密切相关，仅发生于卵巢管突破卵巢包裹并暴露于血淋巴时，通常为蛹期第2-3天，在此之前仅能侵染卵巢上皮细胞；进一步分析发现，Nb可通过两条路径侵入卵母细胞，一条是先侵染滤泡细胞并在其中增殖，然后由滤泡细胞侵入卵母细胞，另一条是在滤泡细胞中增殖后，侵入滋养细胞并再次增殖，然后再由滋养细胞侵入卵母细胞；同时，本研究首次发现Nb能够重构滤泡细胞和卵母细胞间的连接，产生特化的胞间运输大结构，从而以母孢子的形态侵入卵母细胞。卵黄原蛋白(Vg)是病毒和细菌侵入宿主卵母细胞的关键介导分子。本研究发现Nb孢子能够通过其表面的孢壁蛋白SWP12、SWP26和SWP30结合家蚕的Vg(BmVg)，当敲降BmVg及其受体BmVgR的表达，或利用抗体封闭SWP与BmVg间的结合时，蚕卵的带毒量均显著降低，表明BmVg在Nb侵染卵母细胞过程中发挥了关键作用。进一步分析BmVg的结合机理发现，其VWD和DUF结构域具有结合孢子的作用，并且VWD中的Q和D氨基酸及DUF中的多个区段均是介导结合的重要位点，这揭示了BmVg能够结合多种SWP的分子基础。综上，本项目明确了Nb胚传的时间、路径和形态，并发现了胚传的关键分子，解析了宿主分子的关键结合位点，为进一步阐明关键分子和位点在胚传中的作用机理提供了重要参考，并为基于关键分子和位点构建性家蚕素材提供了重要靶标。项目组目前已发表研究论文13篇，申请专利2项，培养博士3名和硕士8名，尚有3名博士和1名硕士研究生在读并深入开展本项目研究。