蝶蛹金小蜂Serpin-1基因可变剪接体功能多样性及进化分析
结题报告
批准号:
31701843
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
严智超
依托单位:
学科分类:
C1406.生物防治
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
John Haynes Werren、方琦、徐刚、肖山、王蓓蓓、王嘉乐、刘明明
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中文摘要
以蔬菜害虫菜青虫蛹期优势寄生蜂蝶蛹金小蜂的PpSerpin-1基因为研究对象,在前期初步明确其基因结构及表达模式的基础上,我们推测PpSerpin-1基因通过可变剪接产生功能多样性,部分可变剪接体在母蜂毒液和幼虫唾液中进化出寄主调控功能。据此,本项目拟采用qRT-PCR、Western Blot、原核/真核蛋白表达纯化、Pull-down、进化树构建和正选择分析等技术手段,对PpSerpin-1基因各可变剪接体的转录表达模式、生理功能、互作靶标和进化关系展开系统研究。最终,探明PpSerpin-1基因可变剪接体的功能多样性,解析寄生蜂通过可变剪接招募寄生因子蛋白的潜在机制,揭示寄生蜂-寄主的互作机理,丰富寄生蜂基因的进化模式,为今后寄生蜂基因的利用和改造提供理论依据和技术保障。
英文摘要
Pteromalus puparum is a pupal endoparasitoid wasp that parasitizes a number of butterflies including the agricultural pest small cabbage white butterfly, Pieris rapae. Using this parasitoid wasp as research model, our previous study identified 16 alternative splicing isoforms in P. puparum Serpin-1 (PpSerpin-1) gene. One of these isoforms was found in venom with host immunosuppression function. From transcriptomic data, these 16 isoforms were demonstrated with diverse expression patterns across different tissues and developmental stages. Some isoforms significantly and differentially express in larval salivary gland...Based on these lines of evidence, we hypothesize here that PpSerpin-1 isoforms get functional diversity through alternative splicing, and some isoforms in venom and larval saliva even evolve functions for host regulation. To test this hypothesis, systematic analysis will be conducted in this project to investigate their transcription and expression patterns, biological functions, targets and evolutionary relations of these alternative splicing isoforms, using approaches like qRT-PCR, Western Blot, prokaryotic/eukaryotic protein expression and purification, Pull-down, phylogenetic construction and positive selection analysis. ..Finally, expected results will elucidate functional diversity of PpSerpin-1 isoforms, reveal how parasitoids recruit virulent genes through alternative splicing. Knowledges from this project will provide better understanding of parasitoid-host interaction mechanism, enrich evolutionary theory of parasitoid wasps’ genes, also supply both theoretical basis and technical supporting for modifying and using parasitoid genes in pest control in the future.
寄生蜂是重要的害虫天敌资源。为了成功寄生,寄生蜂需利用毒液、幼虫分泌物等多种寄生因子来攻克寄主的免疫防御。前期研究表明,菜青虫蛹期优势寄生蜂蝶蛹金小蜂中的PpSerpin-1基因具有多个可变剪接体,其中一个可变剪接体PpS1V(Pteromalus puparum Serpin-1 venom isoform)存在其雌蜂毒液中,可抑制寄主的血淋巴黑化免疫反应。本项目采用Illumina、PacBio和Hi-C测序数据,拼接获得蝶蛹金小蜂染色体水平的高质量基因组;采用转录组和RT-PCR等技术手段,明确了PpSerpin-1基因的21个可变剪接体在蝶蛹金小蜂各发育阶段及组织中的表达模式;并采用Western Blot和蛋白质组鉴定方法,证明PpSerpin-1的可变剪接体所编码的蛋白存在于蝶蛹金小蜂及其近缘种金小蜂的幼虫唾液中;进而对PpSerpin-1全部的可变剪接体进行了原核表达纯化,探明可变剪接体PpS1A、G、O、P可显著抑制寄主的黑化免疫反应;采用Pull-down结合蛋白质组的方法,证明可变剪接体PpS1A、G、O、P以及B、H可与寄主血淋巴蛋白形成复合体,并鉴定了各个可变剪接体潜在的寄主互作靶标蛋白;进一步,体外验证了可变剪接体PpS1A、O和P可与寄主黑化反应级联通路中的关键蛋白酶PrPAP1(Pieris rapae prophenoloxidase-activating proteinase 1)形成SDS-PAGE稳定的复合体并抑制其活性;最后,分别利用共享外显子和可变外显子进行进化树构建,发现可变剪接在昆虫Serpin中广泛存在,并且PpSerpin-1的可变外显子发生了近期的扩增现象;进一步利用SWAKK滑窗分析在PpSerpin-1的可变外显子中检测到强烈的正选择信号。最终,明确蝶蛹金小蜂PpSerpin-1基因可通过可变剪接机制,招募至雌蜂毒液和幼虫唾液中,用于协同调控寄主的免疫反应。本项目研究结果为深入揭示寄生蜂与寄主的互作机制,尤其是寄生蜂如何招募毒力基因抑制寄主免疫,提供了新的见解。同时,所鉴定到的具有免疫抑制活性的PpSerpin-1可变剪接体,为转基因杀虫作物的培育和新型杀虫微生物的研发提供了潜在的候选基因储备资源。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1002/ps.6011
发表时间:2021-01
期刊:PEST MANAGEMENT SCIENCE
影响因子:4.1
作者:Wang, Jiale;Yan, Zhichao;Xiao, Shan;Wang, Beibei;Fang, Qi;Schlenke, Todd;Ye, Gongyin
通讯作者:Ye, Gongyin
Mitochondrial DNA and their nuclear copies in the parasitic wasp Pteromalus puparum: A comparative analysis in Chalcidoidea
寄生蜂 Pteromalus puparum 中的线粒体 DNA 及其核拷贝:小蜂总科的比较分析
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2018.10.039
发表时间:2019-01-01
期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOLOGICAL MACROMOLECULES
影响因子:8.2
作者:Yan, Zhichao;Fan, Qi;Ye, Gongyin
通讯作者:Ye, Gongyin
Transcriptomic analyses of chemosensory genes in Trichogramma japonicum (Hymenoptera: Trichogrammatidae)
日本赤眼蜂(膜翅目:赤眼蜂科)化学感应基因的转录组分析
DOI:10.1016/j.cbd.2020.100755
发表时间:2021-03-01
期刊:COMPARATIVE BIOCHEMISTRY AND PHYSIOLOGY D-GENOMICS & PROTEOMICS
影响因子:3
作者:Li, Si-Sheng;Yan, Zhi-Chao;Li, Yuan-Xi
通讯作者:Li, Yuan-Xi
A chromosome-level genome assembly of the parasitoid waspPteromalus puparum
寄生蜂 Pteromalus puparum 的染色体水平基因组组装
DOI:10.1111/1755-0998.13206
发表时间:2020-09-01
期刊:MOLECULAR ECOLOGY RESOURCES
影响因子:7.7
作者:Ye, Xinhai;Yan, Zhichao;Ye, Gongyin
通讯作者:Ye, Gongyin
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