wolbachia对三个二斑叶螨种群生殖的影响
Wolbachia是一种广泛存在于节肢动物中的细胞内共生菌，通过细胞质不兼容（CI）等方式对寄主的生殖作用产生影响。在实验中我们研究了二斑叶螨（Tetranychus urticae）的三个种群，基于基因测序它们的有不同遗传背景但感染了相同的Wolbachia株系。同时我们还研究了二斑叶螨的CI水平，研究结果显示种群间CI的差异是由于寄主遗传背景造成的种群内的杂交结果显示Wolbachia诱导三个种群不同强度的CI，这种不同强度的CI在种群间的杂交中同样得以体现，并且CI的强弱与雄虫的核遗传背景有关。当感染的雌虫与雄虫交配时，CI作用消失，说明三个种群中的这一Wolbachia株系具有拯救CI的作用。不感染的雌虫和雄虫的种群间杂交显示了较高的孵化率（HR），这表明这三个种群之间可以在自然环境中交配生殖后代。我们的研究结果描述了Wolbachia和寄主之间一种新型互作类型以及这种互作对CI的影响。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1 材料与方法3
1.1 供实材料 3
1.2 二斑叶螨总DNA的提取 4
1.3 PCR检测二斑叶螨体内的共生菌Wolbachia4
1.4 检测二斑叶螨实验种群是否感染其他共生菌4
1.5 二斑叶螨两地理种群COI、ITS及wsp序列的扩增5
1.6 筛选100%感染和100%不感染Wolbachia的品系6
1.7 遗传杂交实验6
1.7.1 Wolbachia对三个种群生殖的影响 6
1.7.2 寄主遗传背景对三个种群生殖的影响 6
1.8 数据分析 7
2 结果7
2.1 二斑叶螨种群中其他共生菌的检测7
2.2 Wolbachia对二斑叶螨种群生殖的影响7
2.3 二斑叶螨地理种群wsp、COI及ITS基因序列分析10
3 讨论14
致谢16
参考文献16
表31 8
表32 9
图31 11
图32 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
12
图33 13
Wolbachia对三个二斑叶螨种群的生殖影响
引言
引言
Wolbachia是α亚门（Proteobacteria）、革兰氏阴性胞内共生菌，呈母系遗传的，分布于多种节肢动物中。Wolbachia能引起多种宿主生殖异常的现象，以促使自身在宿主种群传播并保持稳定的存在。这些对宿主生殖的作用有：胞质不亲和（cytoplasmic incompatibility，CI），诱导孤雌生殖（parthenogenesis inducing，PI），雌性化（feminization）以及杀雄（malekilling）(Hurst et al., 1999)。正是因为Wolbachia具有这些生殖调控的特点，它被人们称作生殖共生菌(Dedeine et al., 2001)。CI在所有的生殖调控作用中，为最重要和普遍的一个作用。
CI指未Wolbachia感染的雌性与感染的雄性交配后，不能够产生后代或者后代不能正常的存活。当父本感染和母本感染的Wolbachia株系相同时，便可以有可存活后代。所以，感染跟雄性同种株系的雌性与雄性个体交配时比感染不同株系和不感染的雌性个体更具有生存的优势，从而能够在竞争过程中取的胜利，从而不停地向下传播。CI现象已经被人们广泛的关注，人们也因此建立了多种模型试图来解释Wolbachia诱导的CI作用(Poinsot et al., 2003)。尽管已经关于CI的研究已经非常的多了，但是CI发生的内在机制到目前为止仍然还是不清楚。群体生物学和细胞生物学的分析表明，Wolbachia主要是通过对一些细胞周期蛋白的调控来实现对宿主的生殖行为调控。雄性配子核膜会因为这些蛋白而破裂的时间延迟，导致受精卵不能正常的形成(Tram and Sullivan, 2002)，所以产生了对主的生殖调控。另外，通过体外细胞的技术，人们发现Wolbachia也可广泛的影响宿主体内基因的表达，包括与繁殖、代谢及免疫有关的基因，其中部分已经在体内研究中得到了证实(Hughes et al., 2011; Xi et al., 2008)。因此，Wolbachia可能是通过对宿主体内基因表达的调节从而实现对宿主生殖的调控。
Wolbachia对其宿主有诱导的CI作用是探索其诱导CI机理的前提。目前对Wolbachia的研究主要是关于生殖调控、进化和种群生物学等方面，而且这些研究也主要集中在果蝇、寄生蜂和蚊子等几种昆虫上，对于螨以及其他节肢动物的研究却少之又少。Wolbachia诱导二斑叶螨（Tetranchus)的CI现象于1997年首次被Breeuwer发现。同年也发现了Wolbachia也能诱导神泽叶螨（T. kanzawai）的CI (Gomi and Goron, 1997)。另外，Gotoh等在2005年对桑全爪螨（Panonychus mori）进行了研究，他们发现Wolbachia只是能够诱导一部分的种群产生CI现象，而另外一部分种群感染Wolbachia后却没有CI的现象产生(Gotoh et al., 2005)。研究表明，二斑叶螨在中国不同地理种群感染Wolbachia频率为2.5%85%(Xie et al., 2006)。Wolbachia会对二斑叶螨的生殖和适合度造成不同程度的影响也随着之后的一些研究而被发现(Vala et al., 2000; Xie et al., 2011)。研究发现Wolbachia在二斑叶螨中诱导CI的程度不同，从没有CI到100%的CI，包括胚胎死亡或偏雄虫类型的CI（Breeuwer & Sabelis, 2000; Perrot‐Minnot et al., 2002; Vala, Breeuwer & Sabelis, 2003）。近期，实验室也对Wolbachia影响二斑叶螨的生殖和适合度进行了研究，确定了这一生物学现象，但有些结果与之前存在不同(Xie et al., 2011; Zhao et al., 2013)。此外，有研究表明，Wolbachia株系诱导两种亲缘关系非常相近的拟果蝇和黑腹果蝇的CI作用不同，诱导拟果蝇的CI强度要比黑腹果蝇的强的多(Hoffmann et al., 1998)。所以，Wolbachia生殖作用的程度和形式可能与宿主遗传背景有关。不同地理螨种群间发现了大量的遗传分化（Li, Chen & Hong, 2009），因此我们推测Wolbachia诱导二斑叶螨不同的生殖表型可能也与遗传背景有关。
分子生物学、分子标记技术的不断发展，加快了螨分类的发展。到目前为止，线粒体DNA的COI测序、核糖体间DNA的ITS测序可以有效便捷的鉴定并区分宿主的遗传背景，对线粒体COI基因、核糖体转录间隔区ITS序列测定的分子标记手段也被用到了蜱螨的鉴别中(Navajas et al., 1996)。线粒体DNA（mtDNA）结构稳定、高度保守等优点使其成为昆虫分类、鉴定、系统演化研究的重要方法；在前人研究种群分化和物种基因结构等方面，mtDNA具有很高的应用价值(蔡继峰等, 2005; 黄永成等, 2001; 王备新和杨莲芳, 2002)；在蜱螨分类学中已经广泛使用和接受鉴别物种的另一有效手段——核糖体ITS序列。比如，弄蝶（Astraptes fulgerator）在形态上有相同分类特点，人们却通过DNA分子标记的方法鉴定出该物种实际上有10个隐种(Hebert et al., 2004)。鉴定哥斯达黎加的西北部双翅目三个科时，COI分类技术也被大量的使用(Hajibabaei et al., 2006)。线粒体COI基因已经成为叶螨种内变异分析有利的工具(Hinomoto et al., 2001; Navajas et al., 1996)。另外，ITS序列被用在鉴别蜱螨目叶螨科、根螨亚科、兽螨科和植绥螨科这些关系密切的种中(Navajas et al., 2001; Noge et al., 2005)。近几年来，本实验室在研究叶螨种群分化和遗传结构方面也采用线粒体COI基因、ITS序列并已经取得了一些初步性的研究成果(Li et al., 2010; Li et al., 2009; Sun et al., 2012; Xie et al., 2006)。
目录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言2
1 材料与方法3
1.1 供实材料 3
1.2 二斑叶螨总DNA的提取 4
1.3 PCR检测二斑叶螨体内的共生菌Wolbachia4
1.4 检测二斑叶螨实验种群是否感染其他共生菌4
1.5 二斑叶螨两地理种群COI、ITS及wsp序列的扩增5
1.6 筛选100%感染和100%不感染Wolbachia的品系6
1.7 遗传杂交实验6
1.7.1 Wolbachia对三个种群生殖的影响 6
1.7.2 寄主遗传背景对三个种群生殖的影响 6
1.8 数据分析 7
2 结果7
2.1 二斑叶螨种群中其他共生菌的检测7
2.2 Wolbachia对二斑叶螨种群生殖的影响7
2.3 二斑叶螨地理种群wsp、COI及ITS基因序列分析10
3 讨论14
致谢16
参考文献16
表31 8
表32 9
图31 11
图32 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
12
图33 13
Wolbachia对三个二斑叶螨种群的生殖影响
引言
引言
Wolbachia是α亚门（Proteobacteria）、革兰氏阴性胞内共生菌，呈母系遗传的，分布于多种节肢动物中。Wolbachia能引起多种宿主生殖异常的现象，以促使自身在宿主种群传播并保持稳定的存在。这些对宿主生殖的作用有：胞质不亲和（cytoplasmic incompatibility，CI），诱导孤雌生殖（parthenogenesis inducing，PI），雌性化（feminization）以及杀雄（malekilling）(Hurst et al., 1999)。正是因为Wolbachia具有这些生殖调控的特点，它被人们称作生殖共生菌(Dedeine et al., 2001)。CI在所有的生殖调控作用中，为最重要和普遍的一个作用。
CI指未Wolbachia感染的雌性与感染的雄性交配后，不能够产生后代或者后代不能正常的存活。当父本感染和母本感染的Wolbachia株系相同时，便可以有可存活后代。所以，感染跟雄性同种株系的雌性与雄性个体交配时比感染不同株系和不感染的雌性个体更具有生存的优势，从而能够在竞争过程中取的胜利，从而不停地向下传播。CI现象已经被人们广泛的关注，人们也因此建立了多种模型试图来解释Wolbachia诱导的CI作用(Poinsot et al., 2003)。尽管已经关于CI的研究已经非常的多了，但是CI发生的内在机制到目前为止仍然还是不清楚。群体生物学和细胞生物学的分析表明，Wolbachia主要是通过对一些细胞周期蛋白的调控来实现对宿主的生殖行为调控。雄性配子核膜会因为这些蛋白而破裂的时间延迟，导致受精卵不能正常的形成(Tram and Sullivan, 2002)，所以产生了对主的生殖调控。另外，通过体外细胞的技术，人们发现Wolbachia也可广泛的影响宿主体内基因的表达，包括与繁殖、代谢及免疫有关的基因，其中部分已经在体内研究中得到了证实(Hughes et al., 2011; Xi et al., 2008)。因此，Wolbachia可能是通过对宿主体内基因表达的调节从而实现对宿主生殖的调控。
Wolbachia对其宿主有诱导的CI作用是探索其诱导CI机理的前提。目前对Wolbachia的研究主要是关于生殖调控、进化和种群生物学等方面，而且这些研究也主要集中在果蝇、寄生蜂和蚊子等几种昆虫上，对于螨以及其他节肢动物的研究却少之又少。Wolbachia诱导二斑叶螨（Tetranchus)的CI现象于1997年首次被Breeuwer发现。同年也发现了Wolbachia也能诱导神泽叶螨（T. kanzawai）的CI (Gomi and Goron, 1997)。另外，Gotoh等在2005年对桑全爪螨（Panonychus mori）进行了研究，他们发现Wolbachia只是能够诱导一部分的种群产生CI现象，而另外一部分种群感染Wolbachia后却没有CI的现象产生(Gotoh et al., 2005)。研究表明，二斑叶螨在中国不同地理种群感染Wolbachia频率为2.5%85%(Xie et al., 2006)。Wolbachia会对二斑叶螨的生殖和适合度造成不同程度的影响也随着之后的一些研究而被发现(Vala et al., 2000; Xie et al., 2011)。研究发现Wolbachia在二斑叶螨中诱导CI的程度不同，从没有CI到100%的CI，包括胚胎死亡或偏雄虫类型的CI（Breeuwer & Sabelis, 2000; Perrot‐Minnot et al., 2002; Vala, Breeuwer & Sabelis, 2003）。近期，实验室也对Wolbachia影响二斑叶螨的生殖和适合度进行了研究，确定了这一生物学现象，但有些结果与之前存在不同(Xie et al., 2011; Zhao et al., 2013)。此外，有研究表明，Wolbachia株系诱导两种亲缘关系非常相近的拟果蝇和黑腹果蝇的CI作用不同，诱导拟果蝇的CI强度要比黑腹果蝇的强的多(Hoffmann et al., 1998)。所以，Wolbachia生殖作用的程度和形式可能与宿主遗传背景有关。不同地理螨种群间发现了大量的遗传分化（Li, Chen & Hong, 2009），因此我们推测Wolbachia诱导二斑叶螨不同的生殖表型可能也与遗传背景有关。
分子生物学、分子标记技术的不断发展，加快了螨分类的发展。到目前为止，线粒体DNA的COI测序、核糖体间DNA的ITS测序可以有效便捷的鉴定并区分宿主的遗传背景，对线粒体COI基因、核糖体转录间隔区ITS序列测定的分子标记手段也被用到了蜱螨的鉴别中(Navajas et al., 1996)。线粒体DNA（mtDNA）结构稳定、高度保守等优点使其成为昆虫分类、鉴定、系统演化研究的重要方法；在前人研究种群分化和物种基因结构等方面，mtDNA具有很高的应用价值(蔡继峰等, 2005; 黄永成等, 2001; 王备新和杨莲芳, 2002)；在蜱螨分类学中已经广泛使用和接受鉴别物种的另一有效手段——核糖体ITS序列。比如，弄蝶（Astraptes fulgerator）在形态上有相同分类特点，人们却通过DNA分子标记的方法鉴定出该物种实际上有10个隐种(Hebert et al., 2004)。鉴定哥斯达黎加的西北部双翅目三个科时，COI分类技术也被大量的使用(Hajibabaei et al., 2006)。线粒体COI基因已经成为叶螨种内变异分析有利的工具(Hinomoto et al., 2001; Navajas et al., 1996)。另外，ITS序列被用在鉴别蜱螨目叶螨科、根螨亚科、兽螨科和植绥螨科这些关系密切的种中(Navajas et al., 2001; Noge et al., 2005)。近几年来，本实验室在研究叶螨种群分化和遗传结构方面也采用线粒体COI基因、ITS序列并已经取得了一些初步性的研究成果(Li et al., 2010; Li et al., 2009; Sun et al., 2012; Xie et al., 2006)。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/nongxue/zwbh/304.html
