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我校研究团队揭示肠道微生物调控宿主抗寒性机制

核心提示: 4月27日,我校植科学院园艺与城市昆虫研究张宏宇教授团队在PLoS Pathogens在线发表研究论文,首次报道了橘小实蝇的肠道微生物,尤其是共生菌Klebsiella michiganensis通过对宿主精氨酸和脯氨酸代谢通路的调控,在维持橘小实蝇抗寒能力的过程中发挥了关键作用。

南湖新闻网讯(通讯员 张振宇)4月27日,我校植物科学技术学院园艺与城市昆虫研究张宏宇教授团队在PLoS Pathogens在线发表题为“Gut microbiota promotes host resistance to low-temperature stress by stimulating its arginine and proline metabolism pathway in adult Bactrocera dorsalis”的研究论文,首次报道了橘小实蝇(拉丁名:Bactrocera dorsalis)的肠道微生物,尤其是共生菌Klebsiella michiganensis通过对宿主精氨酸和脯氨酸代谢通路的调控,在维持橘小实蝇抗寒能力的过程中发挥了关键作用。

一些外来入侵生物对温度、甚至极端温度条件具有快速适应能力,以适应新的环境而定殖扩张。橘小实蝇是国际上一种重要的检疫性、入侵害虫,目前已在我国成为一种毁灭性园艺作物害虫。其对冷胁迫也表现出较强的适应能力,然而其内在机制很不清楚。

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低温胁迫对线粒体结构与功能的影响

(“Conventioanl”:正常组;“ABX”:肠道微生物清理组;“K. michiganensis”:共生菌回补组)

研究团队通过桔小实蝇肠道微生物的清除与共生菌Klebsiella michiganensis的回补实验,首先证明了肠道微生物对于维持桔小实蝇对冷胁迫(10˚C)的耐受能力(寿命)至关重要,而且共生菌Klebsiella michiganensis发挥了关键作用。进一步研究,通过代谢组和转录组关联分析和功能研究,发现在冷胁迫下,肠道微生物清理组宿主的脯氨酸和精氨酸代谢产物的相对含量显著下降,精氨酸和脯氨酸代谢通路表达显著下调,且该代谢通路相关的线粒体结构与功能被破坏;而共生菌回补处理能显著回升脯氨酸和精氨酸的水平,上调精氨酸和脯氨酸代谢通路表达,且维持了线粒体结构与功能。同时,针对精氨酸和脯氨酸代谢通路的关键基因——Pro-C 和 ASS——的RNAi处理也显著降低了橘小实蝇在低温下的存活时间。

研究结果揭示了肠道菌群通过调控宿主橘小实蝇的精氨酸和脯氨酸代谢途径,促进宿主对低温胁迫的抵抗能力。该研究成果对阐述昆虫的寒冷适应性反应分子机制具有重要的科学意义,也有利于理解橘小实蝇对冷胁迫的适应和生物入侵机制,为基于肠道微生物的橘小实蝇防控思路提供了理论依据。

植科学院博士研究生生Muhammad Fahim Raza为论文第一作者,张宏宇教授为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家现代农业(柑橘)产业技术体系、国家重点研发计划等项目的资助。

审核人:张宏宇

论文链接https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1008441

责任编辑:徐行
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