農(nóng)學(xué)院陳學(xué)新教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中科院詹帥研究員課題組揭示寄生性昆蟲不同寄生策略形成的新機(jī)制
2021年1月11日，浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院陳學(xué)新教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中科院分子植物卓越創(chuàng)新中心詹帥研究員課題組在Nature Communications發(fā)表題為“Two novel venom proteins underlie divergent parasitic strategies between a generalist and a specialist parasite”的研究論文，揭示了寄生性昆蟲形成不同寄生策略的新機(jī)制。
寄生性膜翅目昆蟲，俗稱“寄生蜂”，是自然界農(nóng)林害蟲種群數(shù)量有效控制的純天然作用因子。因此，寄生蜂在農(nóng)林害蟲可持續(xù)控制中被廣泛應(yīng)用。寄生蜂不僅種類豐富，而且寄生策略也靈活多樣。為了對抗寄主的免疫反應(yīng)，寄生蜂進(jìn)化出兩種主要的寄生策略：免疫逃避和免疫抑制。這兩種策略能夠有助于寄生蜂逃避寄主的免疫反應(yīng)或通過抑制寄主的免疫反應(yīng)保證其后代正常存活而最終殺死寄主。另外，寄生蜂的寄主范圍也十分有趣，有些寄生蜂的寄主范圍十分廣譜，而有些寄生蜂僅能成功寄生一小類甚至單一的寄主，其寄主范圍十分狹窄。一直以來，寄生蜂寄生策略以及寄主范圍形成的機(jī)制是國內(nèi)外昆蟲學(xué)者非常關(guān)注的重大科學(xué)問題。但到目前為止，其機(jī)制研究尚不清楚。
浙大“百人計(jì)劃”黃健華研究員于2016年從美國哥倫比亞大學(xué)回國加入陳學(xué)新教授團(tuán)隊(duì)，開始開展寄生性天敵昆蟲調(diào)控害蟲機(jī)制的研究，在實(shí)驗(yàn)室建立了多種小環(huán)腹癭蜂屬Leptopilina寄生蜂的寄生體系。結(jié)合前人已有的研究基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)Leptopilina屬的2種近緣寄生蜂L. heterotoma?(Lh) 和L. boulardi?(Lb)具有不同的寄生策略。Lh通過降低寄主血淋巴中片層細(xì)胞數(shù)目的含量，從而抑制寄主的黑化包囊免疫反應(yīng)，是典型的免疫抑制策略；Lb其蜂卵能黏附于寄主腸道等組織上，從而逃避寄主的免疫反應(yīng)，是典型的免疫逃避策略。另外，Lh是廣譜性寄生蜂，而Lb是專性寄生蜂。因此，這兩種寄生體系是研究寄生性昆蟲寄生策略與寄主范圍適應(yīng)性機(jī)制的絕好模型。通過Lh和Lb基因組、轉(zhuǎn)錄組以及毒液蛋白質(zhì)組等諸多組學(xué)技術(shù)，結(jié)合大規(guī)模的基因功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)一個(gè)Lh特有的毒液蛋白Lar能夠引起寄主淋巴腺的凋亡，而淋巴腺是合成片層細(xì)胞的重要場所；發(fā)現(xiàn)一個(gè)Lb特有的毒液蛋白Warm參與蜂卵在寄主體內(nèi)的黏附。進(jìn)一步分析表明，Lar和Warm均起源于水平基因轉(zhuǎn)移 (LGT)，經(jīng)歷了多次基因復(fù)制事件后，最終在寄生蜂毒腺中表達(dá)并特化成毒液蛋白。同時(shí)，還發(fā)現(xiàn)Lar毒液蛋白的缺失能夠顯著降低Lh寄生效率，降低其寄主范圍（圖1）。至此，本研究公布了高質(zhì)量的Lh和Lb參考基因組、完備的Lh和Lb毒液蛋白等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；首次發(fā)現(xiàn)兩個(gè)水平基因轉(zhuǎn)移獲得的毒液蛋白分別參與了寄生蜂不同的寄生策略，也為寄生蜂毒液蛋白的起源提供了全新的證據(jù)；首次提出了免疫抑制策略可能使有些寄生蜂寄主范圍發(fā)生擴(kuò)張，而免疫逃避策略能使專性寄生蜂成功寄生，但并不支持其擴(kuò)大寄主范圍的理論。
論文第一作者為黃健華研究員、陳佳妮博士研究生、房剛奇博士研究生、龐蘭博士研究生和周思聰博士研究生，通訊作者為黃健華研究員、陳學(xué)新教授和詹帥研究員。該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目（31622048）、重點(diǎn)項(xiàng)目（31630060）、面上項(xiàng)目（31772522和31672370）和中科院先導(dǎo)項(xiàng)目（QYZDB-SSW-SMC029和XDB27040205）等經(jīng)費(fèi)的支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-20332-8
（昆蟲科學(xué)研究所）
圖1?寄生性昆蟲寄生策略與寄主范圍適應(yīng)性的新機(jī)制
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