柞蚕微孢子虫感染后柞蚕卵转录组及免疫相关基因功能分析

【目的】柞蚕微孢子虫Nosema pernyi引发柞蚕Antheraea pernyi微粒子病,威胁柞蚕种质资源的保育及生产安全,并且能够经卵垂直传播,因此需要寻找柞蚕体内应对柞蚕微孢子虫侵染后的免疫基因,为后续寻找和培育抗微粒子病新品种提供帮助。【方法】构建柞蚕微孢子虫侵染后柞蚕卵转录组,进行GO功能注释和KEGG分析确定免疫相关基因;PCR克隆柞蚕谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase,GST)基因ApGSTo1并进行生物信息学分析;运用RT-qPCR检测ApGSTo1在柞蚕微孢子虫侵染柞蚕产出后0-10 d卵中的表达量。【结果】在感染与未感染柞蚕微孢子虫柞蚕卵转录组检测到的表达基因数为17453,其中显著差异表达基因数目为89个;GO功能注释中细胞解剖实体和催化活性相关基因数量最多,KEGG分析中参与运输和分解代谢、信号转导及消化系统这3个通路的基因数量最多。基于柞蚕微孢子虫侵染后柞蚕卵转录组数据分析,将ApGSTo1作为目的基因,PCR克隆及系统进化分析结果证明ApGSTo1属于omega家族GST;感染柞蚕微孢子虫柞蚕卵中ApGSTo1表达量比正常对照组的高,且在产卵后2 d时的表达量极显著高于正常对照组的。【结论】获得了柞蚕微孢子虫侵染后柞蚕卵转录组数据,找到了1个免疫相关基因ApGSTo1,从分子生物学和转录水平初步证明了ApGSTo1参与柞蚕卵内的抗柞蚕微孢子虫侵染,还发现了抗柞蚕微孢子虫侵染反应的关键时间为产卵后2 d时,这些结果为后续研究ApGSTo1在抗逆性和氧化还原等功能方面提供研究基础。

家蚕微孢子虫假定膜蛋白基因NBO_32g0046的克隆及表达分析

家蚕微孢子虫(Nosema bombycis)感染家蚕引发家蚕微粒子病,对养蚕业造成巨大危害,其防治是蚕业生产的重大技术难题之一。家蚕微孢子虫的膜蛋白在侵染过程中发挥着重要作用,也是开展防治研究的重要候选靶标。从感染家蚕微孢子虫的家蚕中肠转录组数据中筛选到一个高量表达的家蚕微孢子虫假定膜蛋白基因NBO32g0046,生物信息学预测NBO32g0046蛋白的分子质量为24.9 kD,等电点为9.57,存在4个跨膜结构域,含有1个N-糖基化位点和2个O-糖基化位点,不具有信号肽和已知的功能域;同源分析发现,NBO32g0046在Encephalitozoon、Ordospora及Nosema属的多种微孢子虫中存在同源序列。转录分析表明,NBO32g0046基因在家蚕微孢子虫增殖的各个阶段均有表达。通过RNAi敲低NBO32g0046的表达,能有效抑制家蚕微孢子虫的增殖。上述结果表明NBO32g0046在家蚕微孢子虫的增殖过程中起重要作用,可作为开展家蚕抗性素材构建研究的潜在靶标。

从猪粪便中分离纯化毕氏肠微孢子虫的改良方法

为了从粪便样品中获得纯度更高的毕氏肠微孢子虫(Enterocytozoon bieneusi,E.bieneusi).我们从患腹泻病症的猪粪便中,通过改良网孔过滤、Percoll等密度离心以及蔗糖梯度离心等步骤,将粪便中的杂质去除,获得纯度更高的毕氏肠微孢子虫.同时在纯化的必要环节进行PCR法辅以韦伯氏染色法对获得的样品进行鉴定,从而进一步提高纯化的目的性和准确性.此方法大大提高了所获得毕氏肠微孢子虫的纯度,最高能达到占样品总微生物的15%.比现有报道的9%提高了近1倍.毕氏微孢子虫感染人类和牲畜,严重威胁公共卫生健康.但由于其在体外纯化和繁殖困难,关于它致病机理的研究非常有限.通过此改良方法获得更加纯化的毕氏肠微孢子虫,为开展更多更深入的研究提供了坚实的基础.

重庆地区取食高粱的草地贪夜蛾与玉米粘虫肠道细菌比较

草地贪夜蛾( Spodoptera frugiperda )于2019年5月被发现已经入侵至重庆地区, 6月底在江津地区的高粱地中也发现了少量的草地贪夜蛾,同时还发现了大量玉米粘虫( Mythimna seperata ).通过分离培养同一生境内的草地贪夜蛾和玉米粘虫的肠道细菌,结合16S rDNA测序完成了这两种害虫肠道优势菌属水平的鉴定,共分离得到了19个细菌分离株,其中分离自草地贪夜蛾肠道细菌归为5个属,分别为欧文氏菌属(Erwinia),不动杆菌属(Acinetobacter),肠杆菌属(Enterobacter),肠球菌属(Enterococcus),假单胞菌属(Pseudomonas).分离自玉米粘虫肠道细菌归为6个属,分别为克雷伯氏菌属(Klebsiella),不动杆菌属(Acinetobacter),寡养单胞菌属(Stenotrophomonas),肠球菌属(Enterococcus),金黄杆菌属(Chryseobacterium),芽孢杆菌属(Bacillus).同时我们也对采自玉米地和高粱地的草地贪夜蛾肠道微生物优势菌进行了比较分析,在江津高粱地中的草地贪夜蛾中没有发现克雷伯氏菌,但该菌在巫山、巫溪玉米地的草地贪夜蛾中大量存在.结论为进一步研究草地贪夜蛾幼虫肠道核心微生物群奠定了基础.

重庆地区草地贪夜蛾幼虫肠道真菌的分离鉴定

草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)是一种洲际迁飞性农业害虫,食谱广泛.2019年5月已迁飞至重庆地区,对农作物造成严重危害.为了解入侵重庆地区草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)肠道真菌菌群的组成,本研究以采集自重庆巫山玉米田及重庆江津高粱田中的草地贪夜蛾幼虫为材料,运用传统培养方法分离其粪便中的肠道优势真菌,并对其进行形态学观察和分子生物学鉴定.实验通过分离培养不同地区、不同食物的草地贪夜蛾肠道真菌,结合形态学观察及rDNA ITS测序完成了属水平的鉴定,共分离得到了5个属10个真菌分离株,其中分离自重庆巫山玉米田的草地贪夜蛾肠道真菌归为3个属,分别为念珠菌属(Candida)、掷孢酵母属(Sporobolomyces)和帚枝霉属(Sarocladium);分离自重庆江津高粱田的草地贪夜蛾肠道真菌归为3个属,分别为念珠菌属(Candida)、莫氏黑粉菌属(Moesziomyces)和毛霉属(Mucor).初步分离获得入侵重庆地区的草地贪夜蛾肠道真菌,丰富了对入侵草地贪夜蛾肠道微生物的认识.

重庆地区玉米黏虫僵虫体内虫生真菌的分离鉴定

玉米黏虫(Mythimna separata)是一种常见的鳞翅目害虫,具有暴发性和迁飞性,对农作物危害严重.虫生真菌是昆虫病原微生物中的最大类群,可以有效地控制自然界中害虫的种群数量.为了防治玉米黏虫和与玉米黏虫相近的草地贪夜蛾,丰富虫生真菌菌种资源,以采自重庆江津高粱地中的玉米黏虫僵虫为实验材料,运用传统培养方法分离鉴定了6株真菌.经过形态学观察和分子生物学鉴定将这6株真菌归类于3个属,分别为镰刀菌属(Fusarium)、青霉属(Penicillium)以及鬼伞属(Coprinellus).虫生真菌能够引发昆虫感染发病,将害虫的种群数量长期控制在较低水平以下,在生物防治方面很有意义.此次分离纯化得到镰刀菌属(Fusarium)和青霉属(Penicillium)的真菌均有潜在的杀虫能力,鬼伞属(Coprinellus)真菌具有防治线虫的潜力,这些真菌对玉米黏虫和草地贪夜蛾的杀虫效果还有待于进一步的实验研究.

家蚕微粒子虫分泌蛋白己糖激酶NbHK对家蚕基因表达及相关通路的调控作用

【目的】微孢子虫是一种营专性细胞内寄生的微生物,它可以感染几乎所有动物种类,包括人类和重要的经济动物。本研究对家蚕微粒子虫分泌蛋白己糖激酶(Nosema bombycis hexokinase,NbHK)在家蚕胚胎细胞中表达特征、亚细胞定位、调控作用和宿主互作蛋白质进行了系统分析,为阐明该蛋白在侵染中的作用与机理提供参考。【方法】利用原核表达蛋白免疫小鼠,制备NbHK的多克隆抗体,并利用Western blotting和间接免疫荧光法分析家蚕微粒子虫在感染的家蚕胚胎细胞(Bombyx mori embryo,BmE)中的表达和定位;通过过表达和RNA干扰实验,分析NbHK对病原增殖的作用;利用RNA-seq分析NbHK调控的家蚕基因表达和通路;利用生物素-链霉亲和素系统和质谱技术,从NbHK::APEX2转基因细胞中分离鉴定NbHK的互作蛋白。【结果】在感染家蚕微粒子虫的BmE中,NbHK持续上调表达,主要被定位于宿主细胞核内。过表达NbHK显著促进了病原增殖,而敲低NbHK则明显抑制了病原增殖,说明在NbHK感染过程中发挥关键作用。利用RNA-seq分析鉴定了94个差异表达基因(differentially expressed genes,DEGs),其中58个基因上调,36个基因下调。DEGs的富集分析显示,细胞寿命和内质网蛋白加工通路受到显著激活,而线粒体自噬途径受到明显抑制。互作蛋白鉴定分析发现,NbHK可能与宿主细胞核内的核蛋白易位启动子区(nucleoprotein translocated promoter region,NTPR)等蛋白间存在相互作用。【结论】NbHK主要被定位至家蚕细胞核中,调控家蚕细胞寿命等多个重要通路的基因表达,以利于病原增殖。本研究为深入解析NbHK在感染过程中的功能及其调控机理提供了新的参考。

重庆地区玉米叶内生细菌的分离及其与草地贪夜蛾肠道菌的比较

为进一步了解重庆地区玉米叶内生细菌的组成以及这些内生细菌与入侵重庆地区草地贪夜蛾肠道微生态的相互关系,以采集自巫山地区被草地贪夜蛾入侵的玉米地里的玉米嫩叶为材料,运用传统微生物培养方法尝试对其内生细菌进行初步的分离培养,并通过16S rDNA测序开展了优势菌的属水平鉴定.此次共分离获得了22个细菌分离株,经16S rDNA序列同源性分析,将它们归类到11个分类单元,分属克雷伯氏菌属(Klebsiella)、不动杆菌属(Acinetobacter)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、肠球菌属(Enterococcus)、微杆菌属(Microbacterium)、鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium)、金黄杆菌属(Chryseobacterium)、无色杆菌属(Achromobacter)和丛毛单胞菌属(Comamonas).与前期研究得到的该地区草地贪夜蛾肠道微生物菌群数据比较可以发现,玉米内生细菌中包括克雷伯氏菌属(Klebsiella)、不动杆菌属(Acinetobacter)、肠球菌属(Enterococcus)、鞘氨醇杆菌属(Sphingobacterium)和金黄杆菌属(Chryseobacterium)在内的5个属可以在草地贪夜蛾肠道中分离到,表明草地贪夜蛾肠道微生物多数可能源自其食物,但是草地贪夜蛾肠道微生物中常见的假单胞菌属(Pseudomonas)、肠杆菌属(Enterobacter)、类芽孢杆菌属(Paenibacillus)、短波单胞菌属(Brevundimonas)和气单胞菌属(Aeromonas)并未在玉米嫩叶中分离到,说明它们可能是主要存在于草地贪夜蛾肠道中的微生物.该研究对草地贪夜蛾所取食的玉米叶中内生细菌的种类进行了初步分析,为后续研究玉米叶内生细菌和草地贪夜蛾肠道微生物的相互关系奠定了基础.

入侵重庆地区的草地贪夜蛾种群生物型鉴定

草地贪夜蛾是一种跨国迁飞性农业重大害虫,目前已在重庆的巫山、巫溪、云阳、北碚、潼南等地区出现并有迁飞的趋势.利用两个分子标记基因COI和Tpi对重庆地区采集的样本进行遗传特征比较,结果表明COI基因的亚型全为“水稻型”,而Tpi基因的亚型既有“水稻型”又有“玉米型”,说明入侵到重庆地区的草地贪夜蛾来源可能并不单一,暗示了重庆地区的草地贪夜蛾有可能存在分化为“水稻型”的风险.分析了入侵重庆地区的草地贪夜蛾相关的遗传特征,其结果不仅有助于认识草地贪夜蛾在中国大面积迁飞过程中发生的种群差异变化,也有利于农业部门根据重庆地区的地理环境属性,开展有针对性的监测防控工作.

重庆地区草地贪夜蛾肠道细菌的分离鉴定

为了解入侵重庆地区草地贪夜蛾( Spodoptera frugiperda )肠道所携带的细菌组成,以采集自巫溪、巫山地区玉米地里的草地贪夜蛾为材料,运用传统培养方法分离了其肠道优势细菌,并基于16S rDNA测序开展了优势菌的属水平鉴定,共获得了30个细菌分离株,经16S rDNA序列同源性分析,可归于5个属,分别为克雷伯氏菌属(Klebsiella)、不动杆菌属(Acinetobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)、肠杆菌属(Enterobacter)以及气单胞菌属(Aeromonas);其中,克雷伯氏菌属(Klebsiella)的丰度最高,占所有分离菌株的63%;假单胞属(Pseudomonas)和肠杆菌属(Enterobacter)菌株仅在巫山地区分离得到,气单胞菌属(Aeromonas)仅在巫溪地区分离得到.实验确定了入侵重庆地区草地贪夜蛾肠道优势细菌的种类及丰度,为后续研究草地贪夜蛾肠道微生物对宿主的生长发育以及迁飞等重要问题奠定了基础.

重庆巫山地区采食玉米的草地贪夜蛾肠道细菌的分离鉴定补遗

为充分认识入侵重庆地区草地贪夜蛾( Spodoptera frugiperda )肠道所携带的细菌组成,以采集自巫山地区玉米地的草地贪夜蛾为材料,在课题组前期研究基础上进一步分离培养并通过16S rDNA测序鉴定了3个未报道的分离株,分别归为短波单胞菌属(Brevundimonas)、金黄杆菌属(Chryseobacterium)以及肠球菌属(Enterococcus).结论进一步丰富了入侵重庆巫山地区草地贪夜蛾肠道优势细菌的种类,为后续研究草地贪夜蛾肠道微生物对宿主的生长发育以及迁飞等重要问题奠定了基础.

重庆地区取食高粱的草地贪夜蛾肠道细菌新分离株的鉴定

为充分认识入侵重庆地区草地贪夜蛾(Spodopterafrugiperda)的肠道微生物,2019年7月该课题组再次在重庆江津地区高粱地采集了草地贪夜蛾幼虫,通过分离培养结合16SrDNA测序鉴定,从江津草地贪夜蛾幼虫肠道中共分离得到38个细菌分离株,归为9个属,分别为克雷伯氏菌属(Klebsiella)、肠球菌属(Enterococcus)、微球菌属(Micrococcus)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、芽孢杆菌属(Bacillus)、不动杆菌属(Acinetobacter)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)和鞘脂杆菌属(Sphingobacterium).在课题组前期研究的基础上,新分离到了6个属,分别为克雷伯氏菌属(Klebsiella)、微球菌属(Micrococcus)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、芽孢杆菌属(Bacillus)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)和鞘脂杆菌属(Sphingobacterium).同时还对入侵重庆地区采食高粱和玉米的草地贪夜蛾幼虫肠道细菌分离株进行了比较分析,只在采食高粱的草地贪夜蛾幼虫肠道中发现了欧文氏菌属(Erwinia)、微球菌属(Micrococcus)、葡萄球菌属(Staphylococcus)、芽孢杆菌属(Bacillus)和寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)的菌株,而气单胞菌属(Aeromonas)、短波单胞菌属(Brevundimonas)、金黄杆菌属(Chryseobacterium)和类香味菌属(Myroides)则只在采食玉米的草地贪夜蛾幼虫肠道中分离得到.通过对同一片江津高粱地的草地贪夜蛾和玉米黏虫(Mythimnaseparata)的肠道细菌分离株进行比较分析,只在草地贪夜蛾肠道中发现了微球菌属(Micrococcus)、欧文氏菌属(Erwinia)、假单胞菌属(Pseudomonas)、葡萄球菌属(Staphylococcus)和鞘脂杆菌属(Sphingobacterium),而金黄杆菌属(Chryseobacterium)只发现于玉米黏虫肠道中.

重庆地区3株球孢白僵菌的分离鉴定

我国是农业和林业大国,农林害虫的危害造成了严重的经济损失,同时化学防治也导致了环境污染等诸多问题.因此,开发基于虫生真菌的生物农药意义重大.为了丰富虫生真菌菌种资源,以野外感染白僵菌的蝽蟓及室内感染的家蚕僵虫样品为实验材料,采用多种培养基,分离获得了3株虫生真菌菌株,分别为来自蝽蟓的NB-1,PW-1菌株和来自家蚕的JCY菌株,形态学观察结果表明,各菌株的培养特征与白僵菌属菌株较为一致;分子生物学鉴定表明,各菌株rDNA ITS序列与GenBank中白僵菌属球孢白僵菌多个菌株同源性高达99%,因此将菌株NB-1,PW-1和JCY均鉴定为球孢白僵菌( Beauveria bassiana );生物学特性观察发现不同菌株间分生孢子产生量存在显著差异,分离自蝽蟓僵虫的球孢白僵菌PW-1,NB-1分生孢子产量分别为(7.55±0.15)×10^7个/mL,(6.30±0.40)×10^7个/mL,均高于家蚕分离株JCY,其产孢量仅为(3.02±0.22)×10^7个/mL.结论为后续研发针对包括草地贪夜蛾在内的农林害虫生物杀虫剂奠定了菌种基础.

海伦脑炎微孢子虫分泌蛋白EhPTP4对宿主内质网蛋白降解通路的调控作用

【目的】微孢子虫是一类专性细胞内寄生的真核病原微生物,能够感染人类和几乎所有的动物。本课题以海伦脑炎微孢子虫(Encephalitozoon hellem)为研究对象,探讨其极管蛋白4(EhPTP4)作为一个潜在的分泌性毒力因子在宿主细胞内的定位和功能。【方法】制备EhPTP4的鼠源多克隆抗体,利用间接免疫荧光分析和Western blotting确定EhPTP4在感染细胞中的亚细胞定位;基于序列特征,在HEK293细胞中转染野生型和突变体EhPTP4,分析该蛋白的定位及其对病原增殖的作用;利用RNA-seq对转染EhPTP4的HEK293细胞进行转录组测序,分析EhPTP4引起的宿主基因表达和通路的变化;进一步通过RNAi和细胞转染分析差异表达基因的调控作用,利用RT-qPCR和Western blotting验证调控效果。【结果】EhPTP4的N端具有信号肽,C端具有富含组氨酸的结构域(HRD)和核定位信号序列(NLS)。蛋白定位分析显示,在感染和转染细胞中,EhPTP4均被分泌至宿主细胞核内。在HEK293细胞中过表达EhPTP4显著促进了病原的增殖。RNA-seq和蛋白泛素化分析发现,EhPTP4显著上调了宿主内质网蛋白降解通路(endoplasmic reticulum-associated degradation,ERAD)关键基因(PDIA4、HERP、HSPA5和Derlin3)的表达和宿主蛋白的泛素化修饰,表明EhPTP4具有调控宿主内质网蛋白降解的功能。在HEK293细胞中过表达PDIA4发现,蛋白泛素化修饰明显上调,而RNA干扰PDIA4则导致HERP基因表达下调,表明PDIA4在病原调控宿主ERAD过程中发挥着关键作用。进而,对EhPTP4的HRD进行了缺失突变(EhPTP4ΔHRD)并转染细胞,发现此缺失突变体并未引起PDIA4和HERP的表达发生显著上调,表明HRD对EhPTP4的毒力功能起到关键作用。【结论】首次报道了微孢子虫利用分泌蛋白调控宿主的ERAD和蛋白泛素化,为深入解析该病原的致病机理提供了重要参考。

人类微孢子虫检测方法研究进展

微孢子虫(microsporidia)是一类专性细胞内寄生的单细胞真核生物。是引起微孢子虫病的真菌类病原。在已知并被命名的1500多种微孢子虫中,共有9个属中的17个虫种可以感染人。人类微孢子虫可侵染包括肠道、肝、肺、脑等部位,引起慢性腹泻、肝炎、角膜炎、脑炎、血液系统性感染等,严重影响人类健康。研究开发快速高效的人类微孢子虫诊断方法成为当前病原微生物检测领域研究的热点。人类微孢子虫的发现历史实际上是伴随检测方法的不断进步而逐渐进行的。这些检测方法包括,透射电镜(transmission electron microscopy)、苏木精-伊红染色(hematoxylin-eosin stain,HE)、亚甲蓝染色(methylene blue)、吉姆萨染色(giemsa)、革兰氏染色(gram stain)、韦伯氏改良三色染色法(Weber’s chromotrope-based staining)、荧光增白剂染色法(calcofluor white staining)、抗原检测、抗体检测、实时荧光定量PCR(quantitative real-time PCR,qPCR)、环介导等温扩增(loop-mediated isothermal amplification,LAMP)、DNA点杂交模型等。随着技术的进步以及更多微孢子虫的检出,使人类能够更好地认识微孢子虫、并制定微孢子虫准确快速检测方法和防控策略。

云南地区草地贪夜蛾肠道细菌的分离及鉴定

草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)自2019年1月入侵中国以来,现已蔓延至全国25个省份.为了解草地贪夜蛾的肠道微生物的组成,近期该课题组在云南蒙自地区的玉米地采集了草地贪夜蛾幼虫及成虫,通过分离培养结合16S rDNA测序鉴定其肠道细菌分离株的种属.在幼虫肠道中分离到32个细菌分离株,通过16S rDNA序列同源聚类可归为4个属,分别为克雷伯氏菌属(Klebsiella)、肠球菌属(Enterococcus)、沙雷氏菌属(Serratia)和摩根菌属(Morganella),其中克雷伯氏菌属(Klebsiella)丰度最高,为53.1%;在成虫肠道中分离到16个细菌分离株归为5个属,分别为不动杆菌属(Acinetobacter)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、微球菌属(Micrococcus)、假单胞菌属(Pseudomonas)和肠杆菌属(Enterobacter),其中不动杆菌丰度最高,为56.0%.该研究首次对入侵中国的草地贪夜蛾成虫肠道细菌进行分离鉴定,为后续研究草地贪夜蛾生物学适应性等重要问题奠定了基础.

基于深度学习的草地贪夜蛾自动识别

草地贪夜蛾是一种严重破坏农作物的重大洲际害虫,对我国农业生产造成了极大的威胁.尽管一系列防治措施已经展开,但如何有效辨别草地贪夜蛾仍然是防控工作中的一大难题.为了建立一个有效的识别算法,课题组开展了一系列研究工作,主要贡献在于:①采集了不同地域、不同生长区间的草地贪夜蛾及相似物种图片,建立了一个草地贪夜蛾识别数据库;②利用基于特征融合的深度学习算法,建立了一个三通道T型深度卷积神经网络(T-CNN),在现有数据集上平均识别率达到97%,为草地贪夜蛾的智能识别与防控工作提供了技术支撑.