浙江大学刘树生课题组揭示昆虫共生细菌传播机制
近日,英国皇家学会会刊《Proceedings of the Royal Society of London B: Biological sciences》杂志在线发表了浙江大学农业与生物技术学院刘树生教授课题组在揭示昆虫共生细菌传播机制的重要研究文章,论文题为"Cellular and molecular remodelling of a host cell for vertical transmission of bacterial symbionts"。
昆虫学科博士研究生单红伟是该论文的共同第一作者,刘树生教授是该论文的共同通讯作者。
生物体内普遍存在共生细菌。这些细菌与各类生物共生,并影响和调控它们的生命活动和生存状态。例如,人体内的细菌细胞数量是人类本身细胞的10倍,绝大部分都是有益细菌,许多是我们身体不可或缺的"器官",我们的消化、生长到自我防卫等都只有在它们的参与下才能正常完成。昆虫共生细菌的普遍作用近年来也开始受到重视。研究表明,共生细菌参与和调控各类昆虫的营养代谢、抵御不良环境、甚至形态变异(如拟态)等生命活动。
烟粉虱及其所传植物病毒是全球农业生产的重大有害生物。烟粉虱共生细菌参与调控烟粉虱的基本生命活动,如获取营养、传播病毒等。这些细菌通常被特化的寄主细胞-含菌细胞所包裹,通过雌虫卵巢垂直传播代代相传,但长期以来对其传播机制不了解。
浙江大学刘树生教授课题组和美国康奈尔大学Angela Douglas教授课题组合作,通过整合转录组学、细胞生物学、分子生物学和电子显微学等领域的方法和技术,首次发现了烟粉虱从若虫发育到成虫的过程中,含菌细胞发生了显著的细胞和分子重塑。
细胞之间的粘附减弱,细胞增殖加快,细胞变小至稳定大小,并且细胞变得能自主移动,这些变化促使含菌细胞携带胞内的共生细菌一起进入昆虫的卵巢,实现了共生细菌的垂直传播。
含菌细胞的变化发展伴随着细胞骨架的重组和细胞-细胞粘附、细胞增殖、细胞能动性等相关基因表达的变化。这项研究首次从细胞和分子水平证明了含菌细胞能够根据寄主的发育进程,协调基因表达和细胞行为,从而介导内共生细菌的垂直传播。这些原创性成果将有效促进烟粉虱与细菌共生关系的研究,并为探究通过干扰共生细菌的功能来控制烟粉虱的危害提供了新视角。
