Wolbachia 影响二斑叶螨生殖的细胞学及分子机理研究

Tetranychus urticae is an important agricultural pest, which often causes serious damage to agricultural production. Previous studies have shown that T. urticae is widely infected by endosymbiont Wolbachia,which can enhance fecundity and induce cytoplasmic incompatibility (CI)in T. urticae. However,the mechanisms of Wolbachia's influence on reproduction in T.urticae remain unclear. In this study, the stem cell proliferation and apoptosis of infected females are compared with uninfected ones to elucidate the cytological mechanism of changed fecundity.By using gene expression profiles, miRNA expression profiles, quantitative PCR and other methods, and taking advantage of T. urticae genomic information, we'd like to get the differentially expressed functional genes of host associated with reproductive changes induced by Wolbachia, and clarify the molecular mechanism of fecundity changes and CI. The results will help us understand the interactions between Wolbachia and hosts, reveal the role of Wolbachia in the two-spotted spider mites's reproduction and outbreak, and guide the control of T. urticae and other pests.

二斑叶螨是农业生产上重要害虫，常造成严重危害。前期研究表明二斑叶螨普遍感染共生菌Wolbachia，Wolbachia能提高二斑叶螨的产卵量，引起胞质不亲和(CI)，然而其机理尚不清楚。本项目通过比较不同感染情况下二斑叶螨生殖细胞增殖及凋亡情况，明确Wolbachia影响二斑叶螨生殖力的细胞学机理；利用基因表达谱、miRNA表达谱、定量PCR等手段，并参考二斑叶螨基因组信息，发掘Wolbachia感染引起差异表达的二斑叶螨生殖发育相关功能基因，揭示Wolbachia影响二斑叶螨生殖力的分子途径，解析Wolbachia介导二斑叶螨基因表达产生CI的分子机理。研究结果将有助于阐明Wolbachia与寄主的互作机理，揭示二斑叶螨繁殖和暴发过程中Wolbachia发挥的作用，对有效控制二斑叶螨和其他害虫具有重要指导意义。

本项目针对国际上节肢动物寄生菌研究前沿问题，采用国内为害严重的二斑叶螨作为研究对象，深入研究胞内寄生菌Wolbachia感染二斑叶螨后对其生殖细胞增殖及凋亡的影响以及Wolbachia 感染二斑叶螨对其生殖力调控，从而解析Wolbachia介导二斑叶螨基因表达产生细胞质不亲和（CI）的分子机理。研究发现不同地理种二斑叶螨感染同一株系Wolbachia导致不同强度CI， Wolbachia感染二斑叶螨导致的CI强度与宿主背景、雄虫日龄和Wolbachia密度无关，与不同Wolbachia株系的ANK（锚蛋白重复序列）有关；揭示了在二斑叶螨雌雄成虫中Wolbachia 感染会导致多个基因上调或下调，如多个二斑叶螨解毒代谢酶基因，它们可能是潜在受Wolbachia调控的影响二斑叶螨生殖和适合度的基因，以及宿主减数分裂过程的基因LKAP32 limkain-b1和编码卵黄蛋白原的两个基因表达上调，这些基因可能与Wolbachia感染提高二斑叶螨宿主产卵量及引起CI有关；发现Wolbachia感染二斑叶螨导致众多miRNA 表达差异，对miRNA靶基因预测后得到的上调的靶基因比例更大（69%），这些上调的基因可能与雌螨（产卵）代谢水平上升以及Wolbachia的大量复制有关，其中miRNA novel_80的靶基因tetur04g05770可能与精子活力相关，这个基因可能与Wolbachia诱导的精子修饰有关。研究成果发表了8篇研究论文，其中SCI研究论文7篇，中文核心期刊论文1篇。研究结果有助于进一步明确Wolbachia对二斑叶螨生殖力影响的的分子机制和胞内共生菌Wolbachia与宿主互作机制；为深入揭示二斑叶螨繁殖及爆发过程中Wolbachia所扮演角色，以及有效控制二斑叶螨和其他害虫具有重要指导意义。