來自博伊斯湯普森研究所(BTI)，美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局和華盛頓大學(xué)的新研究發(fā)現(xiàn)生活在昆蟲體內(nèi)的有益細(xì)菌傳播與柑橘綠化病相關(guān)的細(xì)菌病原體 - 爆發(fā)對佛羅里達(dá)柑橘產(chǎn)業(yè)的破壞 - 可能在昆蟲的病原體傳播中發(fā)揮作用。

一項(xiàng)關(guān)于柑橘綠化細(xì)菌對其昆蟲載體亞洲柑橘木虱影響的新研究揭示了昆蟲內(nèi)部的多種變化。在感染過程中，病原體會影響昆蟲體內(nèi)的“好”細(xì)菌，并以有助于進(jìn)一步傳播病原體的方式改變木虱的新陳代謝。最終，該研究可能揭示傳播周期中的弱點(diǎn)，這些弱點(diǎn)可能產(chǎn)生控制策略的新穎且高度特異性的目標(biāo)。與大規(guī)模使用農(nóng)藥相比，這些方法可能更有效，更環(huán)保。該研究發(fā)表在PLOS ONE期刊上。

“我們在這方面的工作不能更及時(shí)，”BTI的助理教授，美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究局的研究分子生物學(xué)家Michelle Cilia說。“上周，美國農(nóng)業(yè)部的國家農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)局降低了對佛羅里達(dá)州橙色生產(chǎn)的可怕預(yù)測。佛羅里達(dá)種植者面臨的災(zāi)難是柑橘綠化病的直接結(jié)果。這種短缺將影響每一位消費(fèi)柑橘產(chǎn)品的美國人。他們的日常飲食，所以我們真的在與時(shí)間賽跑。“

柑橘綠化病是柑橘屬植物的致命細(xì)菌感染，導(dǎo)致樹木產(chǎn)生苦綠色水果。它與被稱為Candidatus Liberibacter asiaticus(CLas)的細(xì)菌感染有關(guān)。感染無法治愈，目前，種植者通過控制攜帶它的昆蟲(亞洲柑橘木虱)和殺蟲劑來減緩其傳播。

“當(dāng)你談到通過簡單地使用更多殺蟲劑殺死昆蟲來對抗柑橘綠化疾病時(shí)，肯定會有很多關(guān)于有益昆蟲和蜜蜂的擔(dān)憂，”美國農(nóng)業(yè)部Cilia實(shí)驗(yàn)室博士后助理約翰拉姆齊說。“目標(biāo)最吸引人的方面之一就是它對這個(gè)系統(tǒng)的獨(dú)特性，因?yàn)槟菚r(shí)你沒有那么多擔(dān)心脫靶效應(yīng)。”

為了更好地了解感染過程中昆蟲發(fā)生的變化，Cilia實(shí)驗(yàn)室的研究人員與西雅圖華盛頓大學(xué)Michael MacCoss實(shí)驗(yàn)室的研究人員合作，比較體內(nèi)所有蛋白質(zhì) - 被感染和未感染的木虱的蛋白質(zhì)組。 。

該分析顯示木虱對柑橘綠化病原體的反應(yīng)不是一種無害的搭便車，而是一種感染，它會引發(fā)昆蟲的免疫系統(tǒng)。感染還導(dǎo)致昆蟲增加某些代謝酶的產(chǎn)生，這些酶分解葡萄糖和脂肪酸。研究人員懷疑CLas在昆蟲中誘導(dǎo)代謝綜合征并可能操縱昆蟲改變其攝食習(xí)慣，從而增加其傳播的機(jī)會，但需要行為研究來證實(shí)這一觀點(diǎn)。

蛋白質(zhì)組實(shí)驗(yàn)還表明，CLas感染會影響生活在昆蟲中的有益的共生細(xì)菌。木虱和其他吸食樹液與細(xì)菌伴侶有著長期的關(guān)系，這有助于將富含糖分的飲食轉(zhuǎn)化為可用的氨基酸。亞洲柑橘木虱中含有一種新型的細(xì)菌，這種細(xì)菌在其他昆蟲中沒有，稱為' Candidatus Profftella armatura'。盡管細(xì)菌在木虱中的作用尚未被充分了解，但已知產(chǎn)生顯著高水平的稱為聚酮化合物的代謝物。

“我們看到大量的Profftella蛋白質(zhì)，包括參與聚酮化合物生物合成的蛋白質(zhì)在已經(jīng)獲得CLas的昆蟲中被上調(diào)，”拉姆齊說。“數(shù)據(jù)表明，Profftella可能在昆蟲傳播CLas中發(fā)揮作用。”

雖然其他研究人員已經(jīng)證明，這種亞洲柑橘木虱特有的聚酮化合物對動(dòng)物細(xì)胞有毒，但沒有人知道它是否具有抗菌作用。

合著者Jason Hoki是康奈爾大學(xué)研究生，在BTI實(shí)驗(yàn)室副教授Frank Schroeder工作，量化了感染和未感染木虱中這種聚酮化合物的含量。在此過程中，研究小組確定了第二種類型的聚酮化合物，發(fā)現(xiàn)昆蟲被感染后兩種相關(guān)化合物的數(shù)量發(fā)生了變化。在未來的工作中，Cilia實(shí)驗(yàn)室的研究人員計(jì)劃進(jìn)一步探索這些聚酮化合物在昆蟲中的功能。

在Cilia實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的蛋白質(zhì)工作也與Lukas Mueller副教授的生物信息學(xué)家合作，他們在最近測序的亞洲柑橘木虱基因組中注釋基因和其他遺傳區(qū)域。這項(xiàng)工作是美國農(nóng)業(yè)部特種農(nóng)作物大型項(xiàng)目的一部分，該項(xiàng)目專注于物理干擾木虱傳播CLas的分子的開發(fā)。通過調(diào)查共生細(xì)菌，亞洲柑橘木虱，柑橘植物和CLas之間的多方面相互作用，研究人員希望開發(fā)能夠阻斷病原體傳播周期中關(guān)鍵蛋白質(zhì)的治療方法，這種方法比農(nóng)藥更有效。

“我們正在探索所有這些相互作用，以找到支持柑橘種植者的最佳工具，并幫助他們對抗這種疾病，”拉姆齊說。

該研究還提出了一個(gè)有趣的進(jìn)化問題：首先出現(xiàn)哪種寄主，木虱或柑橘屬植物?

“這是一種適應(yīng)植物的昆蟲病原體，還是一種植物病原體，它已經(jīng)找到了感染昆蟲的方法?我們不知道，但它是柑橘綠化病原體CLas的迷人元素之一。 “