IMD通路负调控基因在橘小实蝇肠道微生物群落稳态调控中的功能研究

Bactrocera dorsalis (Hendel) is a devastating pest of fruits and vegetables, also a quarantine pest worldwide, influences seriously production safety, the domestic and international trade market of fruit and vegetable. B. dorsalis harbors a stable microbial community with dominant composition of Enterobacteriaceae, which plays an important physiological function in the host. But the regulating mechanism of intestinal microbiota homeostasis is still unknown. In this study, we will employ transcriptome sequencing, RNAi etc. molecular methods to identify the negative regulative genes of immune deficiency (IMD) signalling pathway, and illustrate the role of the negative regulative genes in regulating intestinal microbiota homeostasis of B. dorsalis, and the importance of maintaining the intestinal microbiota homeostasis to the normal physiology and ecology of host. The study will provide a basis of clarifying the mechanism of regulation of the intestinal microbiota homeostasis in insects, and provide scientific basis and targets of new ideas and ways to prevent and control of insect pests targeting on intestinal microbiota.

橘小实蝇Bactrocera dorsalis (Hendel)是一种毁灭性果蔬害虫和世界性检疫性害虫，严重影响我国果蔬生产安全和国内外贸易市场。橘小实蝇肠道内栖息着对橘小实蝇具有重要生理功能、以肠杆菌为优势菌的稳定微生物群落，但肠道微生物群落稳态调控机制尚不清楚。本研究将利用转录组学测序、RNAi技术等分子生物学手段鉴定橘小实蝇免疫缺陷（IMD）信号通路主要负调控基因，并阐述IMD通路主要负调控基因在橘小实蝇肠道微生物群落稳态维持及调控中的作用，以及维持肠道微生物稳态平衡对于宿主正常生理生态的重要性。以期为阐明昆虫肠道微生物群落稳态调控机理提供科学基础，并为靶向害虫肠道菌群的橘小实蝇防治新思路、新途径提供科学依据和作用靶标。

本研究以农业重要害虫橘小实蝇为研究材料，完成了橘小实蝇Imd信号通路免疫响应基因及其主要负调控基因鉴定，Imd信号通路肽聚糖识别受体PGRPs家族基因（BdPGRP-LB、BdPGPR-SB和BdPGRP-SC2）、效应基因AMPs（BdAttacinA、BdAttacinB、BdAttacinC和BdDiptericin）和核酸转录因子BdRelish均会对病原菌的系统侵入做出强烈免疫响应。在肠道感染时，只有PGRPs家族基因和BdRelish会对局部侵染做出免疫响应。利用RNAi技术研究发现BdPGRP-LB、BdPGRP-SB和BdPGRP-SC2基因的沉默均会引起系统Imd信号通路的过激免疫响应，为Imd信号通路的主要负调控基因。通过RACE技术，完成了BdPGRP-SB和BdPGRP-SC2基因的全长克隆，获得了完整的ORF框核苷酸序列。完成了Imd信号通路主要负调控基因BdPGRP-LB、BdPGRP-SB和BdPGRP-SC2在橘小实蝇不同发育阶段和成虫不同组织中的表达模式研究。通过细菌16S rDNA 高通量技术揭示了肠道免疫基因调控橘小实蝇肠道微生物群落稳态的分子机制，研究发现重要负调控基因BdPGRP-LB、BdPGRP-SB的沉默同样会诱导肠道不同区段Imd信号通路效应基因BdAttacinA、BdAttacinB和BdDiptericin的过激免疫响应，BdPGRP-LB和BdPGRP-SB的沉默均不会造成橘小实蝇肠道微生物菌群的紊乱，但BdPGRP-LB和BdPGRP-SB的共同沉默造成了橘小实蝇肠道共生菌Enterobacteriaceae细菌显著减少；而BdDuox基因的沉默会导致肠道细菌量的显著增加，肠道细菌群落结构发生显著变化，肠道主要菌群Enterobacteriaceae和Leuconostocaceae相对比例显著下降；菌群稳态紊乱反过来刺激宿主上调BdDuox基因表达水平，介导产生大量ROS抑制次要菌群的过量繁殖，最终恢复肠道微生物群落稳态平衡。肠道Enterobacteriaceae细菌的显著减少造成了橘小实蝇血淋巴中海藻糖和葡萄糖显著上升，脂肪体储能物质甘油三酯含量出现了42.69%的减少，最终导致橘小实蝇成虫在食物缺乏时死亡率显著上升。本研究为我们后续通过靶向宿主肠道微生物的害虫防控新思路提供了很好的理论基础。