丽蚜小蜂中共生菌Wolbachia的特征描述及其作用研究

【摘要】Wolbachia是一类母系遗传的细胞内共生菌,它们广泛地分布于节肢动物和丝虫体内。Wolbachia可以引发寄主的生殖异常,包括诱导细胞质不亲和(cytoplasmicincompatibility,CI)、孤雌生殖(parthenogenesisinducing,PI)、雌性化(feminization)和杀雄(male-killing)。通过这些生殖调控,Wolbachia在寄主中的传播得以维持。Wolbachia能分布于寄主的不同组织细胞内,尤其是分布于宿主生殖细胞内,垂直传播成为其在宿主世代间的基本传递模式。丽蚜小蜂(EncarsiaformosaGahan)属膜翅目蚜小蜂科(Hymenoptera:Aphelinidae)恩蚜小蜂属(Encarsia),是烟粉虱[Bemisiatabaci(Gennadius)]和温室白粉虱[Trialeurodesvaporariorum(Westwood)]的主要寄生性天敌。研究表明,在自然状态下丽蚜小蜂100%感染Wolbachia,其孤雌产雌的生殖方式是由体内共生的Wolbachia引起的,并已成为它的固有生殖模式。本文研究了基于wsp基因的Wolbachia系统发育关系,并利用多位点序列分型(MLST)方法对丽蚜小蜂所感染的Wolbachia进行了分型研究,具体描述了丽蚜小蜂中Wolbachia的特性；利用实时荧光定量PCR(qPCR)技术,检测了丽蚜小蜂整头成虫体内及不同部位(头、胸、腹)中Wolbachia的密度情况及其随羽化天数的动态变化：我们还利用抗生素对丽蚜小蜂进行处理,检测Wolbachia勺清除效果,并以卵巢管数量作为衡量的指标,解剖观察了母代蜂Wolbachia的清除对自身及其后代是否产生生殖异常的现象。基于wsp基因的Wolbachia系统发育的研究表明,丽蚜小蜂只感染一种Wolbachia株系,且对比之前的报道结果,此感染的株系为同一种并没有发生改变。应用MLST方法对丽蚜小蜂中的Wolbachia株系进行分型鉴定,测定Wolbachia基因组中的五个管家基因(分别是ftsZ、gatB、hcpA、coxA和jbpA)的核苷酸序列,通过数据库比对,明确丽蚜小蜂感染的Wolbachia的序列型为18。结合系统发育分析及MLST分析,表明了丽蚜小蜂种群所感染的Wolbachia株系只有一种,且在长期的进化过程中,丽蚜小蜂与Wolbachia司保持着一种较为稳定的共生关系,所感染的Wolbachia株系也没有发生的变异。为了研究寄主中Wolbachia的密度动态变化,我们采用实时荧光定量PCR技术,检测了随着羽化天数的增加丽蚜小蜂中Wolbachia密度的变化情况,同时,还比较了丽蚜小蜂不同部位(头、胸、腹)中Wolbachia密度的动态变化。研究结果表明,丽蚜小蜂中Wolbachia的密度随不同羽化天数的动态变化过程是先缓慢上升,再快速上升,最后下降的一个趋势。同样,定量结果也证实了Wolbachia在丽蚜小蜂的各个部位中都有分布,包括头部、胸部及腹部,这也符合了Wolbachia这类共生菌通常分布在寄主的不同部位中,而不仅仅是局限在其生殖组织中这一结论。丽蚜小蜂头部的Wolbachia密度最低,胸部的Wolbachia密度居中,腹部的Wolbachia密度最高。这很有可能是由于Wolbachia在寄主卵巢中的大量累积所造成的,以此来保证Wolbachia的基本传播方式,即以经卵传播来维持Wolbachia在世代间的垂直传递,而头部相对其他组织比较坚硬,所以高度的骨化可能是头部Wolbachia含量最少的原因。为了研究Wolbachia对丽蚜小蜂的作用,我们首先使用抗生素(盐酸四环素)处理丽蚜小蜂,PCR检测结果表明5.0mg/ml的盐酸四环素处理Wolbachia的清除率达到了90%,实现了比较高的清除效率；而母代蜂在被清除Wolbachia后,卵巢管数量并未发生改变,因此,即使清除丽蚜小蜂中的Wolbachia,也不能够对已经成型的生殖系统产生影响。其次,经抗生素处理的不感染Wolbachia的母代蜂产生的子代(羽化自不感染Wolbachia的烟粉虱),卵巢管均为6根,比母代蜂的卵巢管数少了2根,因此,母代蜂中Wolbachia的清除能够对子代蜂的生殖系统产生负面的影响,致使子代蜂中出现一种生殖缺陷,即卵巢管的缺失。但是从不感染Wolbachia的烟粉虱中羽化出的后代,在F5代中出现了分歧。F1至F4代的丽蚜小蜂卵巢管数量依旧为6根,但到了F5代,60%的丽蚜小蜂个体卵巢管数量已恢复为8根,仍有40%的丽蚜小蜂个体依然存在生殖缺陷。之所以在F5代中出现这种差异,我们推测是因为F0代蜂中Wolbachia的缺失会造成子代蜂中卵巢管的缺失,但是子代蜂在发育的过程中可以吸收烟粉虱寄主中新的Wolbachia来源,因而这种一代代的吸收作用有可能能够补偿子代蜂先天性的Wolbachia缺失,进而恢复到正常发育的生殖系统。
【作者】范娜；
【导师】李元喜；
【作者基本信息】南京农业大学，农业昆虫与害虫防治，2013，硕士
【关键词】Wolbachia；丽蚜小蜂；系统发育分析；定量PCR；卵巢管；

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