戈峰和孫玉誠團隊發現昆蟲病毒操縱煙粉虱對寄主植物的選擇行為

  媒介昆蟲的寄主偏好性對其傳毒能力有重要影響。前期在有關媒介昆蟲-病毒互作研究中,發現媒介昆蟲趨向于取食被病毒感染的寄主植物,從而完成獲毒,而獲毒后的媒介昆蟲往往不再保持這種對發病寄主的偏好性現象,顯示病毒能夠直接操控媒介昆蟲對寄主選擇行為,但相關機制尚不清楚。近日,中國科學院動物研究所戈峰和孫玉誠研究員團隊在eLife上發表題為“Apoptotic neurodegeneration in whitefly promotes spread of TYLCV”(Wang et al. eLife 2020;9:e56168. DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.56168 )的研究論文,發現植物病毒能夠通過一種類似炎癥的免疫信號,級聯激發媒介昆蟲煙粉虱腦部產生Caspase依賴的凋亡性神經退行,削弱其嗅覺和視覺的辨識能力,增強了帶毒昆蟲對健康寄主的趨向,有利于病毒的傳播和擴散。

  煙粉虱(Bemisia tabaci)被稱為世界十大害蟲之一,通過刺吸式口器廣泛傳播包括番茄黃化曲葉病毒(Tomato yellow leaf curl virus, TYLCV)等雙生病毒科的多種植物病毒(圖A),對農業生產構成極大的威脅。本研究以MED隱種(Q型)煙粉虱和番茄黃化曲葉病毒(TYLCV)為對象,通過行為學分析發現,未帶毒的煙粉虱趨向于TYLCV侵染的番茄帶毒植株,而獲毒煙粉虱在TYLCV侵染和未侵染寄主之間沒有明確的偏好性(圖B),并且這種寄主偏好性的轉變是由其嗅覺和視覺的辨別能力下降導致的。基于頭部轉錄組和神經受體相關基因表明這種感知能力的下降可能與神經退行有關;組化實驗證明TYLCV能夠激發細胞程序性死亡的執行者Caspase 3,導致煙粉虱的腦部出現大量的凋亡性空泡,引發神經退行性疾病的典型病癥(圖C)。進一步研究發現了與哺乳動物中炎癥信號級聯類似的基因Nod-like Receptor like 4Spaetzle 1&2參與神經退行的誘發;通過飼喂雙鏈RNA干擾相關的基因表達,證實煙粉虱對寄主的辨別能力有一定恢復,減低了傳毒成功率。由此說明TYLCV通過引起煙粉虱神經退行改變了其寄主偏好性,有利于病毒自身傳播。此項研究揭示了病毒操縱媒介昆蟲寄主選擇行為的神經機制,為精準調控媒介傳毒昆蟲的發生與病毒的傳播提供了科學依據。

  中國科學院動物研究所博士研究生王世藩為該文第一作者,孫玉誠和戈峰研究員為共同通訊作者,該研究得到了國家重點研發計劃(2017YFD0200400)、中國科學院B類先導專項(XDB11050400)的支持。

圖A 煙粉虱(Bemisia tabaci

圖B 帶毒與未帶毒煙粉虱對感染植株及未感染植株的選擇行為

圖C 帶毒的煙粉虱腦部出現大量的凋亡性空泡

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