2022年3月4日,我所公茂庆泰山学者团队在热带医学领域的顶级学术期刊《PLoS Neglected Tropical Diseases》发表题为《A symbiotic gut bacterium enhancesAedes albopictus resistance to insecticide》 学术论文。该研究在白纹伊蚊抗性品系肠道共生菌研究方面取得新突破,首次揭示了米氏沙雷氏菌(Serratia oryzae)在白纹伊蚊抗性提升中发挥的作用及其可能存在的机制。团队成员王海洋(在读三年级硕士研究生)为第一作者,我所程鹏研究员,泰山学者公茂庆研究员为共同通讯作者。
本研究以我所医学昆虫学部传代选育的溴氰菊酯抗性和敏感品系白纹伊蚊以及野外诱捕的白纹伊蚊为样本,利用16S rRNA全长测序技术,发现了抗性品系肠道共生菌多样性和丰度显著高于敏感品系,其中米氏沙雷氏菌(Serratia oryzae)在抗性品系中为优势菌种,相对丰度达到32.24±7.94%,显著高于其在敏感品系中的相对丰度。通过比较不同地区抗性存在差异的白纹伊蚊肠道中米氏沙雷氏菌的相对丰度,发现该细菌的相对丰度和宿主抗性存在相关性(r2=0.855,F=24.503,p=0.016)。随后构建了绿色荧光蛋白(GFP)标记的米氏沙雷氏菌,并将其混合葡萄糖溶液人工喂饲成蚊,在荧光显微镜下观察蚊虫肠道,发现该细菌在宿主体内实现了大量富集;又分别以沙雷氏菌富集组和未富集组为实验组和对照组,证明了米氏沙雷氏菌在宿主体内富集后没有影响宿主的生命活动周期,但是显著提升了宿主的抗性。通过酶联免疫吸附实验证明沙雷氏菌富集后能显著提升宿主三种主要代谢解毒酶的活性,包括细胞色素P450酶,谷胱甘肽-S-转移酶和羧酸酯酶。进行转录组学测序后发现宿主体内三种解毒酶的基因均显著高表达。而后通过质谱分析发现米氏沙雷氏菌能在培养基中降解溴氰菊酯杀虫剂。最后,通过测定野外白蚊伊蚊孳生地水体中的菌群组成和蚊卵的细菌,发现米氏沙雷氏菌能在白纹伊蚊种群间进行垂直传播。
本研究从分子水平探究了白纹伊蚊肠道共生菌在抗性提升中发挥的作用以及作用机制,为蚊虫抗性机制研究开辟了一条较为新颖的研究策略和方向,有利于从不同的角度去分析抗性提升的机制,以便于制定更为合理的蚊虫防治策略。
该研究得到国家自然科学基金面上项目(No.81871685)和省自然基金重点项目(ZR2020KH001)、面上项目(ZR2020MC048)及山东第一医科大学(山东省医学科学院)学术提升计划资助。(供稿:医学昆虫学部)
论文链接:https://doi.org/10.1371/journal.pntd.0010208