基于精子蛋白组学研究Wolbachia诱导果蝇CI的分子机制

Wolbachia 是广泛存在于节肢动物和丝状线虫体内的一类共生菌，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，在胚胎早期死亡。目前有关CI的分子机理还不清楚。本研究拟以果蝇精子为研究对象，采用蛋白质组学技术，寻找感染和未感染Wolbachia的果蝇精子差异表达的蛋白，通过生物信息学的方法得到相匹配的核酸序列，并采用基因过量表达和/或基因敲降等技术进一步研究关键候选蛋白质的作用途径，探讨Wolbachia感染诱导果蝇CI的分子机理。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和受精过程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，广泛存在于节肢动物及丝状线虫中。细胞质不亲和（CI）是其引起的最普遍的表型，即感染了Wolbachia的雄性宿主和未感染的雌性或感染了不同品系Wolbachia的雌性交配后，受精卵在胚胎期死亡。CI强度随着感染雄果蝇日龄的增加而迅速下降，5日龄雄果蝇已不能诱导产生CI。关于CI的分子机制尽管有一些研究，但具体机理还不清楚。我们以与感染和未感染Wolbachia的1日龄及感染的5日龄雄果蝇交配后的雌果蝇的受精囊和纳精囊为材料（分别标为：1W；1T；5W），采用通过iTRAQ标记，结合串联质谱技术，比较分析了Wolbachia感染和未感染的1日龄果蝇精子和精液蛋白的差异，并对候选蛋白编码基因进行了进一步深入研究。创新性结果有：（1）与1T相比，1W中有83个蛋白表达量发生了至少1.5倍的改变。其中最多的是与代谢相关的蛋白质，其次是与生殖相关的蛋白，其中大多数蛋白在感染后发生了下调。（2）KEGG数据库分析发现，泛素——蛋白酶体通路成员受Wolbachia影响较大。（3）许多雄附腺蛋白在感染后发生了下调。体内实验也发现，CG9334 或CG2668在果蝇精巢中敲降都可以产生类似Wolbachia诱导的CI的表型，即敲降后的雄蝇与未感染的雌蝇交配后，后代胚胎孵化率显著下降，胚胎中出现染色质间桥；（4）Wolbachia感染能够增强果蝇保幼激素（JH）信号通路，并通过雄附腺蛋白途径使雄性果蝇产生生殖缺陷；（5）许多运动相关蛋白在感染后发生了下调。体内实验也显示，ATPsyn-b在精巢敲降导致精子发生过程中精核不能够聚集成束，核浓缩缺陷，储精囊中没有精子；动力蛋白激活蛋白的亚基Dmn在精巢敲降后，雄蝇后代的胚胎孵化率极显著降低，精细胞融合、交联，线粒体浓缩异常，精子个体化复合物异常，核分散，最终导致储精囊中精子数减少；（6）精巢特异表达蛋白发生下调。Wolbachia感染可能抑制果蝇精子发生过程中Mst84Db基因的表达，从而使精子失去正常功能，最终导致后代胚胎死亡；候选蛋白ocn在精巢敲降后，导致精巢变小，雄性后代胚胎孵化率极显著降低，且交配能力减弱。这些结果表明，Wolbachia感染可能通过泛素——蛋白酶体通路广泛影响了果蝇中与生殖相关蛋白的表达，这些蛋白参与了物质运输、精子发生等过程，从而影响了雄性果蝇的生殖力，导致CI。