近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所糧食作物害蟲(chóng)監(jiān)測(cè)與控制創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在《Entomologia Generalis》《Frontiers in Plant Science》（JCR一區(qū)）上相繼發(fā)表了題為“ ilvE as a potential RNAi target to inhibit amino acid synthesis to control the wheat aphid Sitobion miscanthi ”“ metabolic relay gene of aphid and primary symbiont as RNAi target loci for aphid control ” 的論文，揭示了麥蚜-初級(jí)共生菌 Buchnera 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝接力基因作為RNAi靶標(biāo)研發(fā)蚜蟲(chóng)防控新策略。
在昆蟲(chóng)與體內(nèi)微生物長(zhǎng)期的協(xié)同進(jìn)化過(guò)程中，蚜蟲(chóng)與其體內(nèi)初級(jí)共生菌 Buchnera aphidicola 形成了密切的互利共生關(guān)系，蚜蟲(chóng)強(qiáng)適應(yīng)性可能源于 Buchnera 的幕后支持。因此，打破蚜蟲(chóng)-共生菌互利共生關(guān)系有望為蚜蟲(chóng)綠色防控研究提供新思路。本研究基于前期完成的荻草谷網(wǎng)蚜高質(zhì)量基因組，進(jìn)一步解析了荻草谷網(wǎng)蚜初級(jí)共生菌 Buchnera 基因組，通過(guò)KEGG代謝途徑分析闡明了荻草谷網(wǎng)蚜與 Buchnera 兩者十種必需氨基酸合成途徑，明確荻草谷網(wǎng)蚜 Buchnera 基因組中幾乎包含十種必需氨基酸合成途徑中的所有關(guān)鍵基因，然而缺失了必需氨基酸亮氨酸（Leu）、異亮氨酸（lle）和纈氨酸（Val）合成通路中最后一步所需的支鏈氨基酸轉(zhuǎn)移酶基因 （branched-chain amino acid transferase, ilvE ）及異亮氨酸合成通路中的第一步基因蘇氨酸脫水酶基因（threonine dehydratase, ilvA ），而這兩個(gè)基因恰好存在于蚜蟲(chóng)基因組中。值得注意的是， ilvE 定位在蚜蟲(chóng)常染色體上，而 ilvA 則定位在蚜蟲(chóng)具有高度保守的性染色體上。轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析及選擇壓力分析結(jié)果表明，蚜蟲(chóng)在性染色體的選擇壓力顯著高于常染色體，但其基因平均表達(dá)水平顯著低于常染色體。對(duì) ilvE 和 ilvA 基因克隆及序列分析發(fā)現(xiàn)在不同蚜蟲(chóng)體內(nèi)都具有高度保守性，熒光定量實(shí)驗(yàn)表明兩者都在蚜蟲(chóng)特化細(xì)胞即菌胞上高表達(dá)。進(jìn)一步通過(guò)RNA干擾技術(shù)揭示了敲降 ilvE 的表達(dá)對(duì)蚜蟲(chóng)死亡率及蚜蟲(chóng)體內(nèi) Buchnera 菌相對(duì)豐度具有明顯的負(fù)面影響，然而干擾 ilvA 的表達(dá)顯著降低蚜蟲(chóng)體重和產(chǎn)蚜量。研究結(jié)果為以蚜蟲(chóng)與共生菌 Buchnera 代謝接力基因作為RNAi靶標(biāo)，研發(fā)蚜蟲(chóng)防控新技術(shù)、打破蚜蟲(chóng)-共生菌共生關(guān)系的“抑菌防蟲(chóng)”新策略提供理論依據(jù)。
該成果是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所陳巨蓮研究員團(tuán)隊(duì)在小麥與共生菌互作機(jī)制及綠色防控關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的最新研究成果，博士后（已出站）李遷為這兩篇論文的第一作者，陳巨蓮研究員為通訊作者，范佳副研究員、侯茂林研究員、研究生程雨參與了該項(xiàng)工作。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金（32001900）、博士后基金（2020M680786） 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFD0201700）等項(xiàng)目的資助。
文章鏈接：https://www.schweizerbart.de/papers/entomologia/detail/43/101838；
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.1092638/full
日期：2023-03-27
在昆蟲(chóng)與體內(nèi)微生物長(zhǎng)期的協(xié)同進(jìn)化過(guò)程中，蚜蟲(chóng)與其體內(nèi)初級(jí)共生菌 Buchnera aphidicola 形成了密切的互利共生關(guān)系，蚜蟲(chóng)強(qiáng)適應(yīng)性可能源于 Buchnera 的幕后支持。因此，打破蚜蟲(chóng)-共生菌互利共生關(guān)系有望為蚜蟲(chóng)綠色防控研究提供新思路。本研究基于前期完成的荻草谷網(wǎng)蚜高質(zhì)量基因組，進(jìn)一步解析了荻草谷網(wǎng)蚜初級(jí)共生菌 Buchnera 基因組，通過(guò)KEGG代謝途徑分析闡明了荻草谷網(wǎng)蚜與 Buchnera 兩者十種必需氨基酸合成途徑，明確荻草谷網(wǎng)蚜 Buchnera 基因組中幾乎包含十種必需氨基酸合成途徑中的所有關(guān)鍵基因，然而缺失了必需氨基酸亮氨酸（Leu）、異亮氨酸（lle）和纈氨酸（Val）合成通路中最后一步所需的支鏈氨基酸轉(zhuǎn)移酶基因 （branched-chain amino acid transferase, ilvE ）及異亮氨酸合成通路中的第一步基因蘇氨酸脫水酶基因（threonine dehydratase, ilvA ），而這兩個(gè)基因恰好存在于蚜蟲(chóng)基因組中。值得注意的是， ilvE 定位在蚜蟲(chóng)常染色體上，而 ilvA 則定位在蚜蟲(chóng)具有高度保守的性染色體上。轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析及選擇壓力分析結(jié)果表明，蚜蟲(chóng)在性染色體的選擇壓力顯著高于常染色體，但其基因平均表達(dá)水平顯著低于常染色體。對(duì) ilvE 和 ilvA 基因克隆及序列分析發(fā)現(xiàn)在不同蚜蟲(chóng)體內(nèi)都具有高度保守性，熒光定量實(shí)驗(yàn)表明兩者都在蚜蟲(chóng)特化細(xì)胞即菌胞上高表達(dá)。進(jìn)一步通過(guò)RNA干擾技術(shù)揭示了敲降 ilvE 的表達(dá)對(duì)蚜蟲(chóng)死亡率及蚜蟲(chóng)體內(nèi) Buchnera 菌相對(duì)豐度具有明顯的負(fù)面影響，然而干擾 ilvA 的表達(dá)顯著降低蚜蟲(chóng)體重和產(chǎn)蚜量。研究結(jié)果為以蚜蟲(chóng)與共生菌 Buchnera 代謝接力基因作為RNAi靶標(biāo)，研發(fā)蚜蟲(chóng)防控新技術(shù)、打破蚜蟲(chóng)-共生菌共生關(guān)系的“抑菌防蟲(chóng)”新策略提供理論依據(jù)。
該成果是中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所陳巨蓮研究員團(tuán)隊(duì)在小麥與共生菌互作機(jī)制及綠色防控關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)的最新研究成果，博士后（已出站）李遷為這兩篇論文的第一作者，陳巨蓮研究員為通訊作者，范佳副研究員、侯茂林研究員、研究生程雨參與了該項(xiàng)工作。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金（32001900）、博士后基金（2020M680786） 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017YFD0201700）等項(xiàng)目的資助。
文章鏈接：https://www.schweizerbart.de/papers/entomologia/detail/43/101838；
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.1092638/full
日期：2023-03-27
