Wolbachia人工水平转染对烟粉虱生殖调控的分子机制

Wolbachia are symbiotic bacteria that can manipulate the reproduction of their insect hosts by inducing cytoplastic incompatipility(CI)，which have potential applications in the field of pest control. Our previous study found exogenous Wolbachia could transferred to Bemisia tabaci , but the molecular mechanism of reproductive regulation of Wolbachia on host is still unclear. This research will establish a proper technology system for the stable transmission of CI-Wolbachia strain by artificial transfection. Then detect the dynamics of Wolbachia infection and determine the effect of it on reproduction and fitness of B.tabaci. High-throughput sequencing technology will be utilized to analyse the impact of CI-Wolbachia infection on host gene expression. The time-space characteristics of differential gene expression will be determined by quantitative fluorescent PCR, which will establish the theoretical base to reveal the molecular mechanism of the reproductive manipulation of Wolbachia infected in B.tabaci. The results of this item could provide theory proof for horizontal transmission of Wolbachia between different hosts, and new approaches for bio-control of pests using CI inducing Wolbachia.

共生菌Wolbachia可诱导宿主的细胞质不亲和，从而调控宿主生殖，在害虫防治领域具有重要的应用价值。申请人前期研究发现，外源 CI-Wolbachia导入烟粉虱体内后调控宿主生殖，但其具体作用途径及其分子机制尚不清楚。因此，本研究通过人工水平转染的方式建立适宜烟粉虱Wolbachia CI株系稳定遗传的技术体系；检测人工转染Wolbachia在烟粉虱中的感染动态，明确CI-Wolbachia感染对烟粉虱生殖和适合度的影响；并通过高通量测序技术，研究CI-Wolbachia感染对宿主基因表达的影响，采用qPCR检测差异基因的时空表达特征，利用 RNAi技术对关键候选基因进行功能验证，探讨Wolbachia CI株系调控烟粉虱生殖的分子机理。本项目研究结果为Wolbachia在不同宿主之间的水平转染提供理论支撑，而且为CI-Wolbachia在害虫防治方面的应用提供思路。

Wolbachia是昆虫体内重要的共生菌，能够通过多种方式调控宿主的生理活动，在害虫防控领域具有重要的应用价值。本研究首先利用高通量测序技术，对烟粉虱野生种群雌性和雄性成虫进行了16S rRNA测序，结果表明烟粉虱雌雄成虫均含有初生共生菌Portiera，次生菌Rickettsia、Hamiltonella、Cardinium等，其中立克次体属Rickettsia为优势菌，该烟粉虱种群中未感染Wolbachia；其次，以CI-Wolbachia（wStri）感染的灰飞虱的作为供体昆虫，通过优化的显微注射方法构建了wStri株系转染烟粉虱种群；分子生物学方法及荧光原位杂交实验结果表明，wStri主要分布于卵巢及含菌胞，且在烟粉虱中的感染率在85%以上；再次，对两种群进行了生物学杂交实验，结果表明wStri 在新宿主烟粉虱中并未引起胞质不亲和现象，但影响了宿主的繁殖适合度，转染烟粉虱48 h内产卵量为24.2头，显著低于野生种群的29.5头，烟粉虱的孵化率低于野生种群，两种群间雌雄个体杂交延长了子代发育历期。对转染和未转染烟粉虱成虫进行了转录组测序，结果显示雄性成虫检测到511个差异基因，雌性成虫中有843个差异基因，雌性成虫基因多数呈下调表达，这些基因多与解毒、氧化还原、代谢和免疫等相关，表明Wolbachia侵染引起的烟粉虱的防御反应与其他病原菌和逆境胁迫类似。本研究结果为进一步了解Wolbachia与其宿主之间复杂的相互作用提供理论支撑。