橘小实蝇肠道IMD/Duox-ROS免疫互作分子机制研究

Bactrocera dorsalis is a devastating pest damaging 250 species and varieties of fruits and vegetables worldwide. The gut immune response of B.dorsalis relies primarily on Duox-ROS and IMD pathway to restrict the growth and proliferation of invading microorganisms. But the synergistical mechanism between Duox-ROS immune system and IMD pathway is still unknown. In this study, we will employ RNAi, Immunofluorescence and histology, FISH, qRT-PCR and 16s rDNA highthroughput sequencing etc. molecular techniques to study the role of ROS/NO sign and gut damage in the synergism between Duox-ROS immune system and IMD pathway, clarify the synergistical mechanism between Duox-ROS immune system and IMD pathway; Illustrate the role of the gut immune system on the intestinal microbiota homeostasis and immune defences of B. dorsalis. The study will provide a scientific basis to clarify the molecular mechanism of intestinal immune, and provide theory basis and targets of new ideas and ways to control insect pests targeting on intestinal microbiota.

橘小实蝇Bactrocera dorsalis是一种重要的果蔬害虫，可为害250多种水果和蔬菜。橘小实蝇肠道主要依靠双氧化酶Duox-ROS和免疫缺陷（immune deficiency，IMD）信号通路共同抵御外来微生物的入侵，但肠道Duox-ROS免疫系统和IMD信号通路如何协同作用尚不清楚。本研究将利用RNAi、免疫荧光与组织学、FISH、qRT-PCR和16s rDNA高通量测序等分子生物学手段研究ROS/NO信号和肠道损伤在肠道IMD/Duox-ROS免疫互作中的作用，阐明橘小实蝇肠道免疫反应中Duox-ROS免疫系统和IMD信号通路协同互作分子机理；明确肠道免疫系统对于宿主肠道微生物群落稳态和免疫防御的重要作用。以期为阐明昆虫肠道免疫分子机理提供科学基础，并为靶向害虫肠道菌群的橘小实蝇防治新思路、新途径提供理论依据和作用靶标。

橘小实蝇Bactrocera dorsalis是一种重要的果蔬害虫，其肠道主要依靠双氧化酶Duox-ROS和免疫缺陷（IMD）信号通路共同抵御外来微生物的入侵，但肠道Duox-ROS和IMD信号通路如何协同作用尚不清楚。本研究阐明了ROS、围食膜（PM）在橘小实蝇肠道IMD/Duox-ROS免疫互作中的作用，及在肠道免疫反应中Duox-ROS免疫系统和IMD信号通路协同互作分子机理；明确肠道免疫系统对于宿主肠道微生物群落稳态和免疫防御的重要作用。发现橘小实蝇肠道Duox-ROS和IMD信号通路不会对共生菌喂食启动免疫反应，而对条件致病菌Providencia rettgeri的免疫反应具有时序差异和浓度依赖效应。沉默Duox基因后，IMD通路对P. rettgeri的免疫反应更加敏感，沉默PGRP-LC后Duox基因上调表达，通过单独和共同沉默肠道PGPR-LC和Duox基因后，P. rettgeri侵染后在肠道负载量均显著增加，表明Duox-ROS和IMD信号通路在肠道免疫反应中具有协同互补关系。另外，沉默Duox基因或喂食Vitamin C和NAC导致ROS水平降低进而导致PM基因下调及PM结构破坏，进而增加IMD通路的免疫敏感性，而回补ROS时PM基因表达显著上调，结构完整性有所恢复，IMD通路免疫敏感性显著降低，表明ROS可能作为信号介导调控围食膜进而参与Duox-ROS和IMD互作。但ROS升高也会破坏PM结构，增加IMD免疫敏感性。另外，PM结构的破坏会增加IMD通路对共生菌侵染的敏感性，PM结构破坏所引起的IMD上调会导致肠道微生物紊乱，Enterobacteriaceae和次要菌相对比例均下调，结果表明PM在防止过激的IMD免疫反应和维持肠道菌群稳态中发挥着重要作用。IMD信号通路PGRP-LC基因调控抗菌肽（AMP）基因在肠道前肠和后肠高表达对抵御P. rettgeri的入侵具有重要作用，鉴定了IMD通路主要负调控基因，发现PGRP-LB和PGRP-SB在肠道区域化表达与共生菌的相对丰度及细菌密度呈正相关，抑制前中肠（AMG）中AMP基因表达，为肠道共生菌提供适宜栖息地。本研究为我们后续通过靶向宿主肠道微生物和PM的害虫防控新思路提供了很好的理论基础。