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昆虫病毒研究重要进展: 邹振组和胡志红组揭示棉铃虫病毒抑制宿主黑化反应的新机制|PLOS Pathog
at :2017/12/18 8:50:22    

动物所农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室的邹振研究员和中科院武汉病毒所胡志红研究员课题组在昆虫病毒研究领域取得重要进展,揭示了棉铃虫病毒通过“双重保险”机制---抑制宿主多个丝氨酸蛋白酶的表达,并特异性“劫持”宿主的负调控因子,从而抑制棉铃虫的黑化反应。该成果发表在病原学权威期刊PLOS Pathogens上,原文标题为“Inhibition of melanization by serpin-5 and serpin-9 promotes baculovirus infection in cotton bollworm Helicoverpa armigera”。
 

研究背景

棉铃虫病毒是控制棉铃虫危害的一种重要生物农药,它能够克服宿主的免疫系统,建立系统感染,最终杀死宿主昆虫(图一)。然而,棉铃虫病毒克服宿主免疫系统的机制尚不清楚,这制约了对其杀虫性能的进一步优化。

 


图一、利用病毒对棉铃虫进行防控

 

黑化反应(melanization)是昆虫一种独特而重要的天然免疫机制,由丝氨酸蛋白酶级联反应介导对酚氧化酶原的剪切,这个过程被丝氨酸蛋白酶抑制剂serpin所负调控。之前的研究显示,棉铃虫病毒感染全面抑制宿主免疫基因的表达(Xing et al., MCP, 2017)。本研究通过蛋白质组学分析发现病毒感染抑制了棉铃虫黑化反应通路中多个丝氨酸蛋白酶的表达;而有意思的是,黑化反应通路中的两个负调控分子serpin-9和serpin-5的表达被上调(图二),提示它们在病毒抑制宿主黑化反应中发挥重要作用。

 

图二、 黑化反应通路中的两个负调控分子serpin-9和serpin-5的表达被上调。

 

进一步生化实验和体内RNAi干扰实验揭示,serpin-9和serpin-5分别通过靶向丝氨酸蛋白酶cSP4和cSP6来阻断黑化反应通路的激活。综上所述,该研究揭示棉铃虫病毒通过“双重保险”的机制来抑制宿主的黑化反应:一方面整体性地抑制黑化反应通路中丝氨酸蛋白酶的表达水平,与此同时特异性“劫持”宿主的负调控因子,实现对黑化反应的全面抑制图三)。

 

图三、棉铃虫病毒抑制宿主黑化反应的分子机制

 

该研究显示棉铃虫体内存在复杂的黑化防御反应和调控方式,同时揭示了病毒抑制黑化反应的分子机制,增进了对病毒与昆虫互作关系的认识,为发展高效的病毒杀虫剂奠定了理论基础。

 

这一研究成果发表在PLoS Pathogens上(Yuan et al., 2017),中国科学院武汉病毒所的博士生袁传飞和中国科学院动物所的博士生邢龙生为该论文的共同第一作者,动物所农业虫害鼠害综合治理研究国家重点实验室的邹振研究员和武汉病毒所病毒学国家重点实验室的胡志红研究员为该论文的共同通讯作者。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金创新群体项目、中国科学院前沿科学重点研究项目等的资助。

 

文章链接:

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28953952

 

参考文献:

1. Xing L#, Yuan C#, Wang M, Lin Z, Shen B, Hu Z, Zou Z*. Dynamics of the Interaction between cotton bollworm Helicoverpa armigera and nucleopolyhedrovirus as revealed by integrated transcriptomic and proteomic Analyses. Mol Cell Proteomics. 2017.16:1009-1028. 

2. Yuan C#, Xing L#, Wang M, Wang X, Yin M, Wang Q, Hu Z*, Zou Z*. Inhibition of melanization by serpin-5 and serpin-9 promotes baculovirus infection in cotton bollworm Helicoverpa armigera. PLoS Pathog. 2017. 13:e1006645. 

 

扩展阅读:

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