肠道免疫基因在橘小实蝇肠道微生物区域化分布中的作用

Insect intestinal tract has a very complex morphological structure with compartmentalization and plasticity, compartmentalization of the digestive tract has a prominent role for the health of host. Our results showed that the gut immune genes play a vital role in regulating the intestinal microbiota homeostasis, but the intestinal microbiota distribution and the regulation mechanism of microbiota in gut compartmentalization is still unknown. In this study, we will employ transcriptome sequencing, 16S rRNA gene amplicons sequencing, RNAi, Immunofluorescence and histology and other molecular techniques to identify the key intestinal immune genes which has vital role in regulating the intestinal microbiota in specific gut compartmentalization of Bactrocera dorsalis, and to illustrate the function of the key intestinal immune gene in maintaining and regulating the homeostasis of different intestinal microbiota in gut compartmentalization. The results will shed light on understanding the interaction between insect gut immunity and gut microbiota, and provide basis, new ideas and ways to control of B. dorsalis by focusing on intestinal microbiota.

昆虫肠道具有非常复杂的形态结构和严格分区，肠道区域化分区对于宿主健康是非常重要的。我们前期的研究揭示了肠道免疫基因在昆虫肠道微生物群落稳态调控中的重要作用，但具体肠道微生物在肠道不同区域是如何分布的，以及肠道免疫基因在其区域化分布稳态调控中的作用机制尚不清楚。本项目以重要的果蔬害虫橘小实蝇为研究对象，拟通过转录组学和细菌16S rRNA 基因扩增子测序、RNAi、免疫荧光与组织学等分子生物学手段鉴定对橘小实蝇肠道微生物区域化分布具有重要作用的肠道关键免疫基因，并阐明肠道关键免疫基因在橘小实蝇肠道微生物区域化分布维持和调控中的作用。本研究不仅能提高我们对于昆虫肠道免疫和肠道微生物互作关系的新认识，而且为靶向害虫肠道菌群的橘小实蝇绿色防控新思路、新途径提供理论依据和作用靶标。

本项目以重要的果蔬害虫橘小实蝇为研究对象，完成了橘小实蝇肠道共生菌区域化分布规律，以及肠道免疫基因区域化表达模式研究，最终明确了Imd信号通路在宿主肠道共生菌区域化分布中的调控机制。橘小实蝇肠道共生菌-肠杆菌科细菌主要分布于肠道中肠前段（AMG）和中段(MMG)，而Imd信号通路负调控基因PGRP-LB和PGRP-SB的肠道区域化表达模式与肠道共生菌分布相匹配。PGRP-LB和PGRP-SB基因的同时沉默显著诱导了AMG区段抗菌肽基因上调表达，导致AMG区段肠杆菌科细菌丰度显著减少，而潜在致病菌丰度显著增加。当PGRP-LB和PGRP-SB基因的沉默效果消失后，这种紊乱的肠道微生物群落也恢复至正常水平。前肠中高表达的肽聚糖识别受体PGPR-LC及其介导的抗菌肽基因在橘小实蝇清除外来病原菌如Providencia rettgeri，以及避免P. rettgeri对AMG区段共生菌的破坏中具有重要防御作用。本研究揭示了Imd信号通路通过区域化表达PGRPs家族基因来有效调控抗菌肽基因的表达，从而为肠道共生菌的稳定定殖提供了肠道保护区。该研究不仅丰富了我们对于昆虫肠道免疫和肠道微生物之间的互作关系，也为靶向免疫基因和肠道共生菌的害虫绿色防控提供了理论基础。