基因组学分析揭示褐飞虱与体内共生微生物的共生关系

发布时间：2020-09-21 17:49

　　 昆虫与微生物之间存在着密切的共生关系,宿主昆虫能够为共生微生物提供寄居的稳定生境,而共生微生物则为宿主昆虫提供生长发育所必需的营养物质以及提高宿主对环境的适应能力,两者相互依存并共同进化着。褐飞虱(Nilaparvata lugens)是我国及东南亚水稻产区的主要害虫,与大多数刺吸危害的其它半翅目昆虫一样,褐飞虱体内也同样存在着多种共生微生物。已有的研究表明了这些共生微生物在褐飞虱的营养代谢过程中可能具有十分重要的作用,是褐飞虱致害性产生、爆发成灾的重要原因之一。然而其共生机制并没有从分子水平上得到很好的解释,本论文从基因组和蛋白组数据分析入手,对褐飞虱体内的共生微生物与宿主的共生关系以及共生菌自身的进化展开研究,所取得的主要结论如下：(1)通过利用相近物种Arsenophonus nasoniae的基因组序列作为参考,成功地从褐飞虱整虫基因组数据中筛选并拼接完成了褐飞虱共生细菌"Candidatus Arsenophonus nilaparvatae"基因组,其大小为2.96M,共注释得到2,762个基因。通过对该基因组的分析,证实了该细菌是一种典型的次生共生细菌,并且发现其分泌系统、代谢系统以及免疫防御等相关基因在进化过程中出现了基因丢失的现象；(2)从褐飞虱体内纯化出类酵母共生菌(Yeast-like Symbiont, YLS)并结合了454测序和Illumina测序平台,成功得到大小为26.8M的基因组,共预测得到7,155个基因。利用基因组进行系统发育分析,明确了褐飞虱YLS的进化地位和物种分化时间。通过对该基因组的分析,发现其侵染相关基因以及有性生殖相关基因出现了丢失,阐述了共生真菌不同于共生细菌的进化模型。此外,我们对褐飞虱YLS进行了命名,拉丁名为"Entomomyces delphacidicola str. NLU";(3)基于对褐飞虱、共生真菌和共生细菌三者的基因注释,发现类酵母共生真菌含有十种必需氨基酸合成通路上的所有基因,并且褐飞虱和共生真菌能通过巧妙的互补实现尿酸代谢循环途径,同时褐飞虱也可以利用真菌麦角甾醇合成通路中的中间体来合成自身生长发育所需的胆固醇。此外,共生细菌几乎含有B族维生素合成所需的所有基因,推测其很有可能为宿主褐飞虱生长发育提供所需的维生素；(4)通过结合质谱和基因组数据,我们成功鉴定得到了褐飞虱共生真菌YLS中3个疑似胞壁蛋白的基因。然而利用酵母双杂交技术并没有筛选到能与这三个蛋白互作的褐飞虱相关蛋白。同时,质谱还鉴定到众多的分子伴侣蛋白,推测其可能在共生关系中扮演着重要的角色。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：S435.112.3;S182
【部分图文】：

巧（如化ｉＭ／ｎａｎＷａ、化伯如０、ＴＶｅＡｎＷａｙａ等），也有呈杆状（如Ｍｏｒａｗｅ舶逡逑等）、线型戎管型（如Ｃａｒｓｏｎｅ侃、讯／ｄｆｌ等），且绝大多数仅分布在昆虫特化的逡逑含菌细胞内（图１．１）。不同昆虫中的含菌细胞数目也有差异，如粉拼、巧虫等昆逡逑虫的含菌细胞数量显著多于烟粉槰的含菌细胞（Ｇａｔｅｈｏｕｓｅｅｆａ／．，２０１巧；不同昆虫逡逑含菌胞巧的共生细菌分布模式也不尽相同，有的含菌细胞仅含有一种专性内共生逡逑细菌，如

本文编号：2823800