Wolbachia感染对果蝇精子育性的影响

Wolbachia 是广泛存在于节肢动物体内的一类共生菌，能够通过多种机制影响宿主的生殖方式。细胞质不相容（CI）是Wolbachia 引起的最普遍的一种表型，即感染Wolbachia的雄性和未感染的雌性宿主交配后，受精卵不能正常发育，在胚胎期死亡。目前有关CI的分子机理存在很多争议。本研究拟以强CI表型的果蝇早期（预蛹期）精巢为研究对象，采用基因芯片技术，寻找去除Wolbachia前后的果蝇精子发生早期差异表达的基因，通过定量RT-PCR、原位杂交等方法进行体内验证，并采用基因过量表达和/或RNAi技术进一步研究关键候选基因的作用途径，探讨Wolbachia感染对果蝇精子育性的影响及机理。本研究不仅可为CI分子机制的研究提供一条新的思路，而且可为动物精子发生的基础研究及共生菌和其宿主间的相互作用研究奠定基础，在动物性别控制、农业害虫及媒介昆虫的生物防治等应用基础研究领域，也具有潜在价值。

Wolbachia是一种胞内共生菌，能够通过多种机制调节宿主的生殖方式，如细胞质不亲和（cytoplasmic incompatibility，CI）、孤雌生殖、雌性化和杀雄等，通过这些机制使其在宿主种群内广泛传播。CI是Wolbachia 引起的最普遍的表型，即感染了Wolbachia的雄性和未感染的雌性宿主或感染了不同品系Wolbachia的雌性交配后，受精卵不能正常发育，在胚胎期死亡。关于CI的分子机制还不清楚。我们以果蝇早期精巢为研究对象，采用基因芯片（microarray）技术，鉴定到了感染和未感染Wolbachia的果蝇精子发生早期差异表达的基因296个（差异表达倍数1.5），其中感染Wolbachia后上调的基因为167个，下调的基因为129个。通过Flybase对这些基因进行了注释，发现与生殖相关的基因大都发生下调，而与代谢相关的基因大都上调。通过qRT-PCR、原位杂交等技术对部分差异基因进行了体内表达验证，其结果与microarray结果一致。我们采用基因过量表达技术对关键候选基因JHI-26和CG10433进行了研究，发现过量表达这两个基因都能产生类似CI的表型。同时我们还采用注射dsRNA的方法进一步研究了Mst84Db基因的功能，发现该基因敲降后的雄体与正常雌体交配后，子代的孵化率显著降低，进一步的深入研究还在进行之中；我们的研究还发现，在Wolbachia感染且能产生强CI表型的雄性果蝇中，Hira（组蛋白调控基因）的表达量显著下调，Hira基因突变的雄果蝇能引起类似CI的表型，这些证据表明，Wolbachia诱导雄性果蝇Hira 基因表达下调可能是导致CI的原因之一；我们还研究了饲料中添加不同浓度甲醛对果蝇生长发育的影响，结果显示，饲料中含有甲醛可显著降低果蝇的发育速度，影响果蝇的生长和繁殖力，但对果蝇蛹期变态发育过程没有显著影响；我们还发现，Wolbachia感染降低了果蝇的抗铅能力，导致幼虫成活率降低，成虫寿命缩短，进一步研究发现，Wolbachia可能通过抑制铅染毒条件下果蝇免疫系统的激活，从而阻碍了免疫系统对铅的抵抗力。本研究为动物雄性不育的机理研究及共生菌和其宿主间相互作用研究提供了新的线索。