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张江教授团队发现肠道细菌协同RNA干扰杀虫新机制

作者:生命科学学院   编辑:鲜文涛    来源:生命科学学院  发布时间:2021/05/06

近日,湖北大学生命科学学院、省部共建生物催化与酶工程国家重点实验室张江教授团队最新研究成果“Synergistic action of the gut microbiota in environmental RNA interference in a leaf beetle(《一种叶甲的肠道菌群与RNA干扰协同杀虫作用》)”,发表于微生物生态顶级期刊Microbiome (IF5: 12.16)。徐乐天副教授和博士研究生徐世静为该论文共同第一作者,张江教授为该论文通讯作者,湖北大学为第一单位。

研究解说视频

植物病虫害给农业生产带来巨大的经济损失,虽然传统的化学农药仍然在农作物病虫害防控中发挥了重要作用,但是不合理地滥用化学农药对环境和人类健康造成了严重威胁,因此亟须开发出高效、环境友好的新型生物农药。RNA干扰(RNAi)是真核生物中一种保守的由双链RNA(dsRNA)诱发的基因沉默现象,并于2006年获得诺贝尔生理学或医学奖。以RNAi为基础的抗病虫技术,通过干扰控制病虫发育或重要行为的关键基因,阻碍有害生物正常的生长和繁殖,甚至直接导致有害生物死亡,从而达到病虫害防控的目的。其主要成分双链RNA在生物体内普遍存在,在环境中易降解,因此无毒、无残留,是一种新型绿色环保的病虫害防控方法,展现出了广阔的应用前景。当dsRNA分子被害虫取食,需经过肠道吸收,靶向并下调害虫的必需基因,从而导致害虫的迅速死亡。在此过程中,dsRNA不可避免的与栖息于肠道内的微生物群落接触。虽然此前一系列研究报道了昆虫肠道微生物的诸多功能,但肠道细菌是否以及如何与RNAi发生互作尚不清楚。

张江教授团队利用柳蓝叶甲-肠道菌群作为研究对象和模式,探究上述问题。他们比较了无菌昆虫和带菌昆虫RNAi效率,发现肠道细菌增强了RNAi的杀虫效率,却并没有影响靶标基因的下调水平。为进一步探明其机制,研究人员利用微生物组、荧光定量PCR、细菌分离鉴定、显微注射等技术手段,明确了其中机制:一方面,dsRNA分子被柳蓝叶甲取食后,叶甲肠道内的dsRNA酶会将其降解成核糖等物质,这些降解产物作为营养物质,选择性的促进了Pseudomonasputida等细菌的生长,导致菌群紊乱,随后细菌突破肠道屏障,侵入害虫血腔,杀死叶甲;另一方面,RNAi下调了害虫的基因,导致害虫免疫力降低,无法有效控制菌群紊乱(图1)。该研究发现了RNAi杀虫新机制,并丰富了人们对肠道细菌功能的认识,具有重要的理论和应用价值。

图1 肠道细菌协同RNAi致死柳蓝叶甲

张江教授团队长期从事质体工程与植物保护前沿生物技术的基础理论和应用研究,近年来在质体介导的RNAi抗虫机制与技术等方面取得了重要创新。主要学术成果包括:创建了质体介导RNAi抗虫的新策略、发现了dsRNA酶是影响害虫RNAi反应的关键因素、开发了一种基于可编程酶的植物高效广谱抗病毒技术、发现了肠道菌可加速RNAi对害虫的致死力等。在Science、Trends in Biotechnology、Microbiome、Plant Biotechnology Journal、Journal of Experimental Botany、Pest Management Science等国际知名权威期刊发表高水平论文30余篇,研究获得重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、湖北省自然科学基金创新群体等多项国家和省部级项目的支持。

论文链接:https://doi.org/10.1186/s40168-021-01066-1

(审稿:谢玉平)


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