果蝇免疫刺激响应中通路间的crosstalk与互作机制研究

Drosophila melanogaster is a favorable model for researching innate immune system. It is highly valuable as the reference to the immune systems of human and insects. Many pathways were responded the immunity besides Toll, Imd and JAK-STAT pathways in Drosophila melanogaster. Our previous researches showed that some pathways crosstalk with each other via various interactions. However, many interactions and models of interactions among these pathways are still unknown. In the project, we will analyze the pathway crosstalk network of immune system in Drosophila melanogaster, explore novel interactions and interacting models among pathways based on high throughput experimental data and bioinformatics methods. The analysis results will be further validated by the immune experiments of specific mutant strains of Drosophila melanogaster. This project will improve the understanding of innate immune system of Drosophila melanogaster from systemic level and offer the help for disease control of economic insects and defend agricultural pests.

果蝇免疫系统是研究先天免疫的良好模型，对了解昆虫和人类先天免疫系统有重要的价值。果蝇免疫刺激后，除了Toll、Imd和JAK-STAT等经典通路外，还有其它通路也发生了响应，各通路间的crosstalk及互作的机制至今仍然不清楚。申请人前期研究表明，果蝇免疫刺激响应过程中，免疫通路间以及与其它通路间存在多种crosstalk途径。为了更深入揭示各通路间的crosstalk模式及互作机制，本项目拟基于高通量实验数据和生物信息方法识别并分析果蝇免疫刺激后发生响应的通路及通路crosstalk网络，发现新的通路crosstalk关系；对通路间的互作模式开展研究，寻找crosstalk中的关键衔接基因；对果蝇关键衔接基因的突变株进行实验研究，阐明果蝇免疫刺激响应中各通路间的互作机制。本项目的完成有助于从系统层次揭示果蝇免疫系统的作用模式，并为经济昆虫的病害防治和农业害虫的生物学防治提供基础。

果蝇免疫系统是研究先天免疫的良好模型。果蝇在受到免疫刺激后，除了Toll、Imd和JAK-STAT等经典通路外，还有其它通路也发生了响应，各通路间的crosstalk及互作的机制至今仍然不清楚。本项目通过分析不同来源的高通量实验数据，结合自身实验数据，对果蝇免疫响应过程中，通路的crosstalk网络开展了相关研究。研究内容和结果如下：（1）在G+/G-菌刺激后，利用RNA-seq数据分别识别到69个和56个通路参与了免疫应答过程。其中，40个通路在G+/G-菌刺激后均会发生响应。（2）基于识别到的响应通路，结合果蝇基因互作数据构建了免疫刺激后3h、12h和24h三个时间点的pathway crosstalk network（PCN）和gene interaction network（GIN）。PCN和GIN的构建使得对果蝇免疫应答通路在各个时间点的变化情况有了宏观的了解。（3）通过对PCN和GIN的分析识别出在免疫应答过程中对pathway crosstalk有影响的20个候选基因。（4）通过免疫刺激实验和生存分析筛选出载脂蛋白等对免疫应答有重要影响的基因。转录组测序表明，细菌的侵染导致载脂蛋白表达的降低。载脂蛋白基因的突变能够导致IMD通路发生异常，强烈抑制部分抗菌肽的表达。（5）构建了Toll和IMD通路中转录因子的过表达载体和含有载脂蛋白调控序列的报告载体。为进一步验证Toll和IMD通路是否能够直接调控载脂蛋白的表达奠定了基础。项目的执行过程中所构建的PCN和GIN指导我们发现了载脂蛋白等影响果蝇通路crosstalk的相关基因，这些基因的发现为进一步研究果蝇免疫系统的响应机制提供了新的参考依据。本项目的完成对从通路级别的水平上理解果蝇先天免疫系统对细菌侵染的响应提供了全新的视角，也为进一步阐明果蝇先天系统的调控机制提供了新的启示。