魏太云团队报道病毒可以通过雄虫精子介导的父本传播高效传至媒介昆虫后代

  发布时间: 2019-03-01   信息员:   

许多的人类病毒、动物病毒和植物病毒由媒介昆虫进行传播,如蚊子传播的登革热病毒(DENV)、寨卡病毒(ZIKV),灰飞虱传播的水稻条纹花叶病毒(RSV)、水稻黑条矮缩病毒(RBSDV)等,为人类健康和农业生产造成了巨大危害。昆虫作为传播病毒的主要媒介,是病毒病害发生的重要一环,直接影响着病害的暴发流行。而病毒在媒介昆虫中的垂直传播对于恶劣环境中病毒水平传播受到限制的条件下,病毒的保存和再次流行具有极为重要的意义。

在我国普遍发生的几种水稻病毒,均由介体叶蝉或飞虱以持久增殖型的方式进行传播。福建农林大学媒介病毒研究中心魏太云团队多年来一直专注于水稻病毒虫传机制研究,坚持结合田间实际探索深入机制,在研究过程中,发现了许多有趣的现象。2019227日,魏太云团队在Nature Communications在线发表了题为“Viral pathogens hitchhike with insect sperm for paternal transmission”的研究论文,报道了一种新的虫媒病毒的垂直传播方式,即由雄性媒介昆虫精子携带并高效垂直传播至后代。



水稻瘤矮病毒(RGDV)一直是魏太云课题组关注的对象,该病毒自上世纪80年代在广东省发现以来,一直呈持续流行态势。在对田间水稻和媒介叶电光叶蝉带毒情况监测的过程,发现在越冬期(11月至次年2月),虽然田间水稻病株极少,昆虫仍可以维持1-2代,却仍然保持了较高的带毒率;RGDV在田间经电光叶蝉以较高的比例传递至昆虫子代,但通过雌虫的经卵巢垂直传播的效率极低,而选择了与众不同的经父本交配高效垂直传播至子代的方式。通过共聚焦显微镜和透射电镜观察发现,RGDV粒体能够附着在电光叶蝉精子头部的外膜上,通过交配和受精进入成熟卵从而传至子代,发现RGDV外壳蛋白P8与叶蝉精子头部的质膜蛋白硫酸乙酰肝素糖蛋白(HSPG)的存在特异性的互作,介导病毒粒体粘附在雄虫精子头部,被精子携带实现父本传播。

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RGDV在电光叶蝉中选择经父本为主经母本为辅的垂直传播方式,对于带毒媒介电光叶蝉的种群繁育有怎样的影响呢?研究人员发现,病毒侵染会显著缩短雌虫的成虫寿命,降低其产卵率,而对雄虫的寿命、交配能力及后代虫卵的发育影响甚微。因此,在对昆虫亲本的影响上,病毒表现出某种“歧视”,显得更适合于经雄虫进行传播,田间的带毒雄虫的数量也显著高于带毒雌虫的数量。

因此,病毒经父本垂直传播的方式不仅效率高而且对带毒电光叶蝉种群繁育的影响较小,对于病毒在自然种群中的快速扩散、维持和流行具有重要的意义。经6年来,课题组每年持续调查越冬条件下,田间RGDV病害流行和电光叶蝉带毒种群情况,认为病毒通过雄虫精子介导的父本传播高效传至媒介昆虫后代是导致RGDV在广东地区长达30余年常态流行的重要原因。这一发现为预测病毒的流行,探索通过抑制病毒与雄虫精子的接触控制昆虫对病毒病的传播提供了新思路。

福建农林大学闽台作物有害生物生态防控国家重点实验室和媒介病毒研究中心讲师毛倩卓博士和博士生吴维为论文共同第一作者,魏太云研究员和卫静副教授为共同通讯作者,贾东升副研究员,张晓峰副教授,陈倩副研究员和陈红燕副研究员参与了本研究。本研究得到了国家自然科学基金重点项目和科技部重点研发项目的资助。

    在Nature Research Microbiology Community上分享了论文背后的故事(story behind the paper): https://naturemicrobiologycommunity.nature.com/users/207715-taiyun-wei/posts/44684-epidemic-of-rice-gall-dwarf-disease-in-field-caused-by-leafhopper-sperm-mediated-paternal-transmission.

原文链接:https://www.nature.com/articles/s41467-019-08860-4

福建农林大学魏太云团队近年来持续关注水稻病毒经媒介昆虫垂直传播的机制,2014年与中国科学院微生物所方荣祥院士团队和中国农科院王锡锋研究员团队合作,在PLoS Pathogens 上报道了水稻条纹病毒(RSV)通过媒介灰飞虱卵黄原蛋白的入卵途径实现高效垂直传播至昆虫子代的机制;2017年与北京大学李毅教授合作,在Nature Microbiology上报道了水稻矮缩病毒(RDV)通过与黑尾叶蝉体内初级共生细菌Sulcia 外膜蛋白互作,从而有效利用古老的共生细菌的入卵途径实现高效垂直传播至昆虫子代的机制;2019年报道了RDV与黑尾叶蝉体内另一个初级共生细菌Nasuia外膜的孔蛋白互作,这样病毒可以穿过Nasuia的外膜分布在了周质层,实现RDVSulcia Nasuia三者协同入卵的奇特机制,该成果发表在 Philosophical Transactions of The Royal Society B:Biological Sciences上由中国科学院战略性先导专项(B类)团队组织的学术专刊:“Biotic signaling sheds light on smart pest management”上。