摘要: 模式昆虫赤拟谷盗是一种严重影响农作物储存的储粮害虫，对它的先天免疫的研究不仅能揭示鞘翅目昆虫先天免疫调控机制，还能为害虫防治提供新的策略。 凝集素是昆虫启动先天免疫的一类重要的模式识别受体，其中C型凝集素(C-type lectins,CTLs)分为... 展开 模式昆虫赤拟谷盗是一种严重影响农作物储存的储粮害虫，对它的先天免疫的研究不仅能揭示鞘翅目昆虫先天免疫调控机制，还能为害虫防治提供新的策略。 凝集素是昆虫启动先天免疫的一类重要的模式识别受体，其中C型凝集素(C-type lectins,CTLs)分为三类：CTL-S型凝集素、IML型凝集素和CTL-X型凝集素。赤拟谷盗中CTL-S型凝集素的数量是最多的，他们大多数还未被研究，其可能在赤拟谷盗先天免疫和生长发育发挥重要作用。 半乳糖凝集素(galactoside-binding lectins，GALEs)最早在哺乳动物中发现，目前有关昆虫半乳糖凝集素的功能研究较少。 因此本文探究了两个CTL-S型凝集素（TcCTL5和TcCTL13）以及三个半乳糖凝集素（TcGALE1、TcGALE2和TcGALE3）在昆虫赤拟谷盗先天免疫防御的作用。研究结果如下： 1.赤拟谷盗CTL-S型凝集素和半乳糖凝集素的序列特征及进化关系 赤拟谷盗基因组CTL-S型凝集素共10个，其中TcCTL5、TcCTL6和TcCTL13聚为紧密亚枝，它们具有四种motifs是这三个基因所特有的，这可能暗示它们具有其它CTL-S不具备的功能。CTL-S型凝集素的系统发育分析发现，在我们所研究的五种昆虫中均存在TcCTL5和TcCTL13的直系同源基因，而在豌豆蚜(Acyrthosiphum pisim)和体虱(Pediculus humanus)中不存在TcCTL6直系同源基因。氨基酸序列分析发现TcCTL3和TcCTL4具有相同种类的motifs，但TcCTL3所包含的motif的数量恰好是TcCTL4的两倍，这暗示TcCTL3和TcCTL4可能有共同的祖先基因。 昆虫半乳糖凝集素系统发育分析表明这些半乳糖凝集素在物种分化之前形成，聚类为三簇。赤拟谷盗中存在三个半乳糖凝集素分别位于这三簇各一个，根据半乳糖凝集素结构域的数量我们将这些GALEs分为三个组；GALE-S，GALE-D，GALE-X。 2.赤拟谷盗CTL-S型凝集素（TcCTL5和TcCTL13）的生理功能研究 时期表达模式显示，TcCTL5在晚期蛹时期表达量最高，TcCTL13在各个发育阶段都有表达。组织表达谱显示TcCTL5和TcCTL13在血淋巴、中枢神经系统高表达，干扰TcCTL5后35%赤拟谷盗幼虫死亡，剩下的赤拟谷盗能成功羽化为成虫，但它们丧失了运动能力、膜翅铰链发黑，腿部关节不灵活。幼虫期干扰TcCTL13后，所有的赤拟谷盗发育停滞不能成功蛹化然后死亡，晚期蛹干扰TcCTL13，所有的赤拟谷盗不能成功羽化并在羽化过程死亡，我们的实验验证了CTL-S型凝集素所具备的多样化的生理功能。 细菌和细菌多糖的刺激会引起TcCTL5和TcCTL13高表达，进一步实验发现TcCTL5和TcCTL13重组蛋白能结合细菌多糖LPS和PGN并且这种结合呈现浓度依赖性。在高钙离子组，TcCTL5和TcCTL13能直接结合并凝集五种被测细菌。 此外，TcCTL5干扰会抑制stat(JAK/STAT)转录因子的表达从而抑制att1和def2等五种抗菌肽的表达，TcCTL13干扰会抑制rel(IMD)转录因子的表达从而严重影响att1和att3等八种抗菌肽的合成。 综上，TcCTL5和TcCTL13参与赤拟谷盗的先天免疫和生长发育，它们可以作为重要的靶标为害虫防治提供生物策略。 3.赤拟谷盗半乳糖凝集素的功能研究 在赤拟谷盗中共有三个半乳糖凝集素基因（TcGALE1、TcGALE2和TcGALE3），组织表达谱显示，这三个半乳糖凝集素主要在中枢神经系统和血淋巴中高表达，细菌和细菌细胞壁组分刺激会引起TcGALE1、TcGALE2和TcGALE3上调表达。重组TcGALE1、TcGALE2和TcGALE3蛋白能与细菌细胞壁组分结合并呈现浓度依赖，此外，重组的半乳糖凝集素蛋白还能直接结合被测的五种细菌进而凝集它们，这些结果表明半乳糖凝集素TcGALE1、TcGALE2和TcGALE3在赤拟谷盗的先天免疫中发挥作用。 收起