Wolbachia感染對果蠅Hira基因表達(dá)的影響.pdf

1、Wolbachia是廣泛存在于節(jié)肢動物和線蟲體內(nèi)的一類微生物,屬于立克次氏體,可通過宿主卵的細(xì)胞質(zhì)傳遞給子代。Wolbachia能夠通過多種機(jī)制調(diào)節(jié)其宿主的生殖方式,如細(xì)胞質(zhì)不相容(cytoplasmic incompatibility,CI)、孤雌生殖、雌性化以及殺雄等,通過這些機(jī)制使其在宿主種群內(nèi)廣泛傳播。CI是Wolbachia共生引起的一種最普遍的表型,表現(xiàn)為Wolbachia感染的雄性宿主與未感染或感染了不同品系Wolbach

2、ia的雌性宿主交配后,子代死亡或僅有部分能夠存活。但感染相同Wolbachia的雌雄宿主交配后能夠產(chǎn)生正常的后代。關(guān)于CI的分子機(jī)制雖然有一些研究,但目前還是不甚清楚,且存在很多爭議。
　　 Hir／Hira(Histone regulation)基因是組蛋白H3.3的一種伴侶蛋白編碼基因,果蠅Hira(Hira)基因的突變對果蠅存活沒有影響,但導(dǎo)致雌性果蠅不育,因?yàn)橥蛔児壍穆咽芫缶瞬荒苷＝饽?無法形成正常的雄性原核,因

3、此后代在胚胎早期死亡,其表型與Wolbachia誘導(dǎo)的CI表型類似。
　　 考慮到Hira基因?qū)π坌栽诵纬傻挠绊?以及Wolbachia感染導(dǎo)致宿主CI的表型,我們用熒光定量RT-PCR方法研究了Wolbachia誘導(dǎo)的CI強(qiáng)度與果蠅Hira基因表達(dá)量之間的關(guān)系,結(jié)果表明,wRi品系感染引起擬果蠅(Drosophila simulans)產(chǎn)生強(qiáng)烈的CI表型,即當(dāng)1d感染果蠅(Dsim wRi)的雄體與未感染果蠅(Dsim T)

4、雌體交配后,胚胎的孵化率只有7.67±2.18％,而wAu品系感染則沒有產(chǎn)生CI表型,胚胎孵化率為87.62±2.67％,與未感染果蠅交配組胚胎孵化率(92.76±3.83％)沒有顯著差異。在雄性果蠅中,與未感染的果蠅相比,wRi感染引起Hira的表達(dá)水平顯著下調(diào)(Dsim wRi／Dsim T:0.42±0.11)(P<0.05),而wAu感染則沒有引起Hira的表達(dá)顯著改變(Dsim wAu／Dsim T:0.86±0.14)。

5、r>　　 已有研究表明,隨著雄性果蠅日齡的增加,其誘導(dǎo)的CI水平會逐漸下降。為此我們檢測了1d和5d雄果蠅引起CI強(qiáng)度的變化情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)用5d的wRi感染的雄體與未感染果蠅雌體交配后,胚胎的孵化率顯著提高到50.89±5.56％,說明CI強(qiáng)度已經(jīng)顯著下降。定量RT-PCR結(jié)果表明,與1d雄果蠅相比,5d雄果蠅中Hira的表達(dá)水平顯著升高。這些結(jié)果提示,Wolbachia誘導(dǎo)的CI強(qiáng)度可能與雄性宿主體內(nèi)Hira基因表達(dá)下調(diào)有關(guān)。<

6、br>　　 由于本研究組前期對黑腹果蠅(Drosophila melanogaster)的研究得到了與擬果蠅中同樣的結(jié)果,我們又利用實(shí)驗(yàn)室已有的Hira突變的黑腹果蠅(Hirassm和HiraHR1,前者是點(diǎn)突變,后者為缺失突變)來進(jìn)一步驗(yàn)證雄體中Hira的表達(dá)與子代胚胎孵化率的關(guān)系。結(jié)果表明,兩種Hira突變的雄性果蠅與未感染W(wǎng)olbachia的雌性黑腹果蠅交配后,胚胎孵化率都顯著低于未感染組,分別為72.98±5.10％、74.3

7、4±4.03％。對早期胚胎進(jìn)行熒光染色分析,發(fā)現(xiàn)在這些交配組的部分胚胎中有典型的CI表型圖像:核分裂不同步,染色體分裂不全,有染色質(zhì)間橋出現(xiàn)。由于Hira基因位于X染色體上,為了明確子代的死亡是否由Hira基因突變引起,我們還統(tǒng)計(jì)了子代的雌雄比例,發(fā)現(xiàn)來自Hira突變組子代中的雌雄比例顯著降低,分別為:0.68(±0.08)和0.60(±0.11),說明子代中帶有突變Hira的X染色體的雌性果蠅發(fā)生了大量死亡。有趣的是,能夠引起黑腹果蠅

8、強(qiáng)CI表型的wMel Wolbachia感染的雌果蠅(Dmel wMel)能夠挽救Hira基因突變造成的胚胎發(fā)育缺陷,即當(dāng)Hira突變的雄性果蠅與Dmel wMel雌果蠅交配后,子代的孵化率和雌雄比例都恢復(fù)正常,與對照組沒有顯著差異。
　　 綜合這些研究結(jié)果,說明Wolbachia感染可能是通過引起雄性宿主體內(nèi)Hira基因表達(dá)下調(diào),影響了精子的質(zhì)量,從而導(dǎo)致后代胚胎發(fā)育異常。由于HIRA是組蛋白伴侶之一,因此Wolbachia感