陳學新教授團隊在Nature Communications上發(fā)表論文揭示寄生性昆蟲控制害蟲的新機制
2018年6月7日，浙江大學農業(yè)與生物技術學院陳學新教授團隊在Nature Communications上發(fā)表“Parasitic insect-derived miRNAs modulate host development”的研究論文，揭示了寄生性昆蟲控制害蟲的新機制，為害蟲控制新技術新方法的研發(fā)提供了新的理論依據。
利用天敵昆蟲控制害蟲危害是一種綠色、安全、有效的生物控制途徑。寄生性昆蟲，特別是寄生蜂，是一類寄生于其他昆蟲及節(jié)肢動物的膜翅目昆蟲，是一類農林害蟲的重要天敵，在害蟲可持續(xù)控制中有廣泛應用。寄生性昆蟲，與捕食性昆蟲不同，通常不直接殺死獵物，而是通過調控寄主的生理和發(fā)育，保證其后代能正常存活而殺死寄主。前期的研究表明，寄生蜂擁有一些特有的攜帶因子，比如毒液（venom）、多DNA病毒（一類寄生蜂特有的共生病毒，即polydnavirus（PDV），其基因組嵌入到寄生蜂的基因組中）、畸形細胞（teratocyte，一種寄生蜂胚胎漿膜分離而來的特殊細胞，游離于寄主血腔內）等來調控害蟲的生長發(fā)育、免疫功能、營養(yǎng)組成和代謝、生殖系統(tǒng)、內分泌系統(tǒng)等，以保證其后代在寄主體內或體上的生長發(fā)育。但到目前為止，其分子機制并不清楚。
陳學新教授團隊經過多年的研究，發(fā)現(xiàn)寄生蜂攜帶因子能分泌或表達miRNA到寄主體內并能精確調控寄主的發(fā)育。他們基于對國際上重要蔬菜害蟲—小菜蛾Plutella xylostella及其天敵昆蟲—菜蛾盤絨繭蜂Cotesia vestalis的研究，發(fā)現(xiàn)菜蛾盤絨繭蜂的畸形細胞能產生大量特異的miRNA，進一步研究發(fā)現(xiàn)畸形細胞中高表達的miRNA能分泌到細胞外并被寄主小菜蛾的血細胞所吸收?；渭毎幋a分泌的miRNA，在寄主昆蟲中有同源的miRNA，但寄生后寄主血細胞中的miRNA上升主要來自畸形細胞所分泌的miRNA的進入，而少部分是寄主本身同源miRNA的上調。同時，對畸形細胞miRNA前體分析發(fā)現(xiàn)，其中20個miRNA集中分布于寄生蜂基因組中多DNA病毒（CvBV）前病毒區(qū)域，并能在進入寄主后產生特異性的miRNA，但與畸形細胞所編碼分泌的miRNA不同，CvBV編碼的miRNA在寄主體內沒有同源miRNA，寄生后寄主血細胞中的miRNA因CvBV表達而成倍增加。隨后，研究團隊對這些miRNA進行靶基因預測，發(fā)現(xiàn)靶基因涉及免疫系統(tǒng)、神經系統(tǒng)、蛋白磷酸化、細胞凋亡等多個生理系統(tǒng)。研究團隊選取了具有同一靶標基因的三個miRNA，通過功能實驗驗證（圖1），發(fā)現(xiàn)畸形細胞源的miRNA和CvBV源的miRNA都能作用于寄主小菜蛾蛻皮激素受體（ecdysone receptor, ECR），下調寄主ECR的表達水平及蛋白水平，延遲小菜蛾的蛻皮和化蛹，這與寄主寄生后發(fā)育延緩的表型一致。至此，該研究首次發(fā)現(xiàn)了寄生蜂能夠通過畸形細胞和PDV產生多種miRNA，并以不同的方式進入寄主體內，從而有效調控寄主的發(fā)育，這也是發(fā)現(xiàn)寄生性動物能通過分泌miRNA來跨物種調控寄主生長發(fā)育的首次報道。
論文第一作者為王知知助理研究員、葉熹騫博士研究生、時敏副教授、李飛教授和王澤華博士研究生，通訊作者為陳學新教授，其他合作作者包括華大基因方曉東博士、北京農林科學研究院魏書軍研究員以及美國喬治亞大學Michael R. Strand教授。該項研究得到了國家自然科學基金重點項目（31630060）、國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃，2013CB127600）和創(chuàng)新群體項目（31321063）的支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-018-04504-1
圖1. 寄生蜂miRNA調控寄主小菜蛾發(fā)育及化蛹
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