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          張江教授團隊發現腸道細菌協同RNA干擾殺蟲新機制

          作者:生命科學學院   編輯:鮮文濤    來源:生命科學學院  發布時間:2021/05/06

          近日,湖北大學生命科學學院、省部共建生物催化與酶工程國家重點實驗室張江教授團隊最新研究成果“Synergistic action of the gut microbiota in environmental RNA interference in a leaf beetle(《一種葉甲的腸道菌群與RNA干擾協同殺蟲作用》)”,發表于微生物生態頂級期刊Microbiome (IF5: 12.16)。徐樂天副教授和博士研究生徐世靜為該論文共同第一作者,張江教授為該論文通訊作者,湖北大學為第一單位。

          研究解說視頻

          植物病蟲害給農業生產帶來巨大的經濟損失,雖然傳統的化學農藥仍然在農作物病蟲害防控中發揮了重要作用,但是不合理地濫用化學農藥對環境和人類健康造成了嚴重威脅,因此亟須開發出高效、環境友好的新型生物農藥。RNA干擾(RNAi)是真核生物中一種保守的由雙鏈RNA(dsRNA)誘發的基因沉默現象,并于2006年獲得諾貝爾生理學或醫學獎。以RNAi為基礎的抗病蟲技術,通過干擾控制病蟲發育或重要行為的關鍵基因,阻礙有害生物正常的生長和繁殖,甚至直接導致有害生物死亡,從而達到病蟲害防控的目的。其主要成分雙鏈RNA在生物體內普遍存在,在環境中易降解,因此無毒、無殘留,是一種新型綠色環保的病蟲害防控方法,展現出了廣闊的應用前景。當dsRNA分子被害蟲取食,需經過腸道吸收,靶向并下調害蟲的必需基因,從而導致害蟲的迅速死亡。在此過程中,dsRNA不可避免的與棲息于腸道內的微生物群落接觸。雖然此前一系列研究報道了昆蟲腸道微生物的諸多功能,但腸道細菌是否以及如何與RNAi發生互作尚不清楚。

          張江教授團隊利用柳藍葉甲-腸道菌群作為研究對象和模式,探究上述問題。他們比較了無菌昆蟲和帶菌昆蟲RNAi效率,發現腸道細菌增強了RNAi的殺蟲效率,卻并沒有影響靶標基因的下調水平。為進一步探明其機制,研究人員利用微生物組、熒光定量PCR、細菌分離鑒定、顯微注射等技術手段,明確了其中機制:一方面,dsRNA分子被柳藍葉甲取食后,葉甲腸道內的dsRNA酶會將其降解成核糖等物質,這些降解產物作為營養物質,選擇性的促進了Pseudomonasputida等細菌的生長,導致菌群紊亂,隨后細菌突破腸道屏障,侵入害蟲血腔,殺死葉甲;另一方面,RNAi下調了害蟲的基因,導致害蟲免疫力降低,無法有效控制菌群紊亂(圖1)。該研究發現了RNAi殺蟲新機制,并豐富了人們對腸道細菌功能的認識,具有重要的理論和應用價值。

          圖1 腸道細菌協同RNAi致死柳藍葉甲

          張江教授團隊長期從事質體工程與植物保護前沿生物技術的基礎理論和應用研究,近年來在質體介導的RNAi抗蟲機制與技術等方面取得了重要創新。主要學術成果包括:創建了質體介導RNAi抗蟲的新策略、發現了dsRNA酶是影響害蟲RNAi反應的關鍵因素、開發了一種基于可編程酶的植物高效廣譜抗病毒技術、發現了腸道菌可加速RNAi對害蟲的致死力等。在Science、Trends in Biotechnology、Microbiome、Plant Biotechnology Journal、Journal of Experimental Botany、Pest Management Science等國際知名權威期刊發表高水平論文30余篇,研究獲得重點研發計劃、國家自然科學基金面上項目、湖北省自然科學基金創新群體等多項國家和省部級項目的支持。

          論文鏈接:https://doi.org/10.1186/s40168-021-01066-1

          (審稿:謝玉平)


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