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林亚bo手机在线登录入口森林保护团队在松材线虫病防治领域取得系列进展
发布时间 :2023-07-13      作者:     信息员:艾嘉蓓

松材线虫病是世界上最危险的森林病害,可对松林造成毁灭性:,且传播速度快,治理难度大,对我国森林生态安全构成巨大威胁。松墨天牛是我国松材线虫病的主要传播媒介,控制松墨天牛可有效遏制松材线虫病传播扩散。在松墨天牛-松材线虫复合体中,克服天牛对侵入体内病原的先天免疫是提高生物防治效率的关键,而抗菌肽(AMPs)作为昆虫先天免疫的重要效应因子,通过TollIMD信号通路介导昆虫对病原微生物的抗性(图1),具有重要的干扰调控应用价值。近期,亚bo手机在线登录入口林亚bo手机在线登录入口森林保护团队在基于RNAi 技术的松材线虫病生物防治领域取得重要进展,在国际知名杂志发表了系列研究论文。


1. 松墨天牛抵御病原微生物TollIMD通路诱导AMP的表达

 614日,Pesticide Biochemistry and Physiology》(中科院1区,top期刊)在线发表了该团队题为“Double-strand RNAs targeting MaltRelish and MaltSpz reveals potential targets for pest management of Monochamus alternatusMaltRelishMaltSpzdsRNA可作为松墨天牛防治潜在靶标)的研究论文。该研究利用RNAi技术研究了关键基因对上游免疫识别受体(GNBP3)和下游效应因子(AMPs)的影响。转录组KEGG富集分析和差异基因注释结果表明,免疫应答基因MaltSpzMaltRelish分别是TollIMD信号通路的重要调控因子。dsSpzdsRelish均可影响抗菌肽基因表达并增加免疫识别受体MaltGNBP3的表达。此外,在白僵菌感染后松墨天牛的存活率显著降低,菌丝大量生长。MaltSpzMaltRelish联合沉默将M. alternatus幼虫的感染率从20.69%提高到83.93%,实现了协同白僵菌侵染的最佳效率。这有助于提高白僵菌的生物防治效果,控制病媒昆虫的种群数量,为松墨天牛的生物防治提供了新思路(图2)。


2. RNAi干扰松墨天牛幼虫的免疫基因Relish, Spz后,TollIMD信号通路中抗菌肽的生物合成途径受到显著抑制,增加了病原真菌的感染率

628日,《Pesticide Biochemistry and Physiology》(中科院1区,top期刊)在线发表该团队题为“Antibacterial peptides from Monochamus alternatus induced oxidative stress and reproductive defects in pine wood nematode through the ERK/MAPK signaling pathway”(松墨天牛抗菌肽通过ERK/MAPK信号通路诱导松材线虫的氧化应激和繁殖衰退)的研究论文。团队通过人工合成松墨天牛抗菌肽S-defensin,研究其对松材线虫的抑制活性和机制发现,松材线虫暴露在S-defensin中能够导致其体壁皱缩、孔洞、肌肉萎缩、细胞膜及细胞核膜溶解。同时,松材线虫的繁殖行为和生理也受到S-defensin的影响,后代种群数量随着抗菌肽浓度的增加而显著降低,体内活性氧(reactive oxygen species,ROS)则显著增加。进一步从转录层面分析了松材线虫响应S-defensin胁迫的基因表达的变化,发现其中与线虫生命活性有关且被显著富集的通路是ERK/MAPK信号通路。利用RNAi验证了4个关键差异基因(Let-23,Let-60,Mek-2Lin-1)在该通路中的功能,结果表明,这些基因的沉默显著降低了松材线虫的存活率和后代数量,增加了松材线虫中的活性氧。该研究表明S-defensin对松材线虫的抑制作用不仅靶向松材线虫的细胞膜,还存在靶向细胞内部的分子靶标,这些潜在靶标为开发新型绿色靶标农药防治松材线虫病提供了重要基。ㄍ3)。


3. 抗菌肽S-defensin对松材线虫的杀线机制示意图

312日,《International Journal of Molecular Sciences》(中科院2区,top期刊)在线发表了该团队题为“Heterologous expression and bioactivity determination of Monochamus alternatus antibacterial peptide gene in Komagataella phaffii (Pichia pastoris)”(松墨天牛抗菌肽在毕赤酵母中的表达及生物活性测定)的研究论文。团队通过对松墨天牛抗菌肽基因家族分析鉴定,发现该虫的抗菌肽主要分为3类,分别为攻击素Attacin、天蚕素Cecropin和防御素Defensin,其中4个表达量最高的抗菌肽基因被毕赤酵母KM71成功表达。生物测定结果表明,通过酵母外源表达的AMPs不仅对沙雷氏菌(G?)、苏云金芽孢杆菌(G)和球孢白僵菌具有抗菌活性,对松材线虫也具有急毒作用。纯化后的4AMP基因表达产物对松材线虫的致死蛋白浓度均在3 h时(MaltAtt-1LC50 = 0.19 mg · m L-1, MaltAtt-2MaltCec-2LC50 = 0.20 mg · m L-1, MaltDef-1LC50 = 0.25 mg · m L-1)达到LC50。此外,AMPs可显著降低松材线虫的摆动频率和卵孵化率,导致线虫体壁变形或断裂。该研究表明,通过酵母表达的抗菌肽比人工合成的抗菌肽具有更高效的松材线虫抑制作用,这可能与酵母系统表达的蛋白与天然蛋白的空间结构更相似有关。本研究为抗菌肽在松材线虫病防治领域的应用奠定了基。滦蜕锱┮┑难蟹⑻峁┝死砺垡谰荩ㄍ4)。

4. 外源表达抗菌肽蛋白对松材线虫的杀线活性测定

亚bo手机在线登录入口林亚bo手机在线登录入口硕士研究生初旭、杨梅娇、余璐、蒋迪分别为上述论文的第一作者或共同第一作者,张飞萍教授和胡霞副教授为共同通讯作者,亚bo手机在线登录入口为论文第一通讯单位。该项研究得到国家重点研发计划(2021YFD1400900、2017YFD0600105)、国家林草局重大应急专项(ZD202001)、福建省林业科技重点项目(批准号2021FKJ03)、福建省自然科学基金(2021J01056)、福建农林大学林学学科建设项目等的资助。


原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048357523001608

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048357523001761

https://www.mdpi.com/1422-0067/24/6/5421


(林亚bo手机在线登录入口 文/图)


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