Wolbachia对跳虫生殖方式的影响及其协同进化关系初探

Wolbachia is a group of the intracellular symbiotic bacteria widely distributed in arthropods. They can manipulate the biology of their host by inducing cytoplasmic incompatibility, male-killing, feminization and parthenogenesis. Collembola is a group of soil microarthropods which promote the decomposition of soil organic matter and circulation of material in the soil ecosystem. Some species of Collembola are intensively used in the ecotoxicology study. Studies indicate that the Wolbachia also infects Collembola and mostly in the species of parthenogernesis. However, those studies are limited in few speicies and we still can not obtain a general conclusion of how Wolbachia impact the reproduction pattern of Collembola. In addition, The mechanisms of interadapation and co-evolution between Collembola and Wolbachia is still unclear. Our project will dedicate to resolve those problems by using molecular method.The effect of Wolbachia to the reproduction pattern of Collemboa will be studied in details. The evolution rate of Wolbachia specific gene such as Wsp in different group of Collembola, as well as the variations of sex determination relevant gene such as Dsx and Tra in Collembola infected by Wolbachia will also be investigated, in order to illustrate the co-evolution between Wolbachia and Collembola.

Wolbachia是一类在节肢动物中广泛分布的胞内共生菌，它可以通过诱导胞质不亲和、杀雄、雌性化和孤雌生殖等来操纵宿主生物学。跳虫是一类小型土壤节肢动物，对于土壤有机质分解和物质循环有着重要的促进作用，部分种类被广泛用于生态毒理学研究。研究表明，跳虫中也存在Wolbachia的侵染，且主要分布在孤雌生殖的种类，但目前的研究局限于少数的种类，仍然不能得出Wolbachia对跳虫生殖方式影响的一般性结论。此外，跳虫与Wolbachia共生的相互适应机制和协同进化仍然是一个谜。本项目拟从分子生物学的角度出发，探索Wolbachia侵染对跳虫生殖方式的影响，分析跳虫不同类群中侵染的Wolbachia特有基因如Wsp的进化速率，以及跳虫性别决定相关基因如Dsx和Tra等在Wolbachia侵染下的进化改变，探讨Wolbachia与跳虫生殖方式的关系，及其协同进化规律。

Wolbachia是一种广泛分布于节肢动物和丝状线虫的细胞内生细菌，能以多种方式参与调控节肢动物宿主的生殖与发育。跳虫是一类古老的小型低等六足动物，作为土壤动物中的优势类群，对土壤生态至关重要。跳虫中存在大量孤雌类群，Wolbachia可能是促进其营孤雌生殖的重要诱因，但相关数据极为有限，作用机理尚不明确。跳虫Wolbachia系统发生的解析是研究两者相互作用机理的基础，但此前短角䖴类Wolbachia系统发生地位未定，孤雌跳虫Wolbachia的单系性存疑；已知的Wolbachia跳虫宿主局限于少数欧美类群，据此难以探讨Wolbachia在跳虫中的传播模式；两者的共进化模式亦不明了。. 本项目通过补充中国跳虫类群的Wolbachia分子数据，首次利用国际公认的Wolbachia分子鉴定系统——多位点序列分型系统（MLST）探讨跳虫Wolbachia的系统发育，明确了短角䖴类Wolbachia属于E亚型，支持孤雌跳虫Wolbachia的单起源假说。分子系统发生分析结果还显示，E亚型Wolbachia与跳虫宿主的分子系统发生存在差异，孤雌跳虫类群Wolbachia的高度分化可能受到宿主地理分离的影响，并存在水平转移的可能性。利用PCR扩增技术检测跳虫Wolbachia中WO噬菌体的侵染模式，发现WO噬菌体侵染在跳虫Wolbachia中具有多样性。结合抗生素处理与显微观察方法，确证了Wolbachia影响白符䖴胚胎发育的关键节点为囊胚期，并利用比较转录组学初步探讨了Wolbachia影响白符䖴孤雌生殖与发育的机理。研究结果为细胞内生菌的多样化发生及其与跳虫生殖发育之间的进化关系提供了重要线索与理论依据。