四川硬壳蜂(*Scleroderma sichuanensis*)毒液蛋白的蛋白质组-转录组学表征研究(膜翅目:硬壳蜂科)

《Journal of Stored Products Research》:Proteo-transcriptomic characterization of venom proteins in the ectoparasitoid wasp Scleroderma sichuanensis (Hymenoptera: Bethylidae)

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月13日 来源:Journal of Stored Products Research 3.4

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   •整合组学分析鉴定了四川厚脊小蜂中的33个候选毒液蛋白。•酶是毒液成分中最丰富的类别。•选定的12个蛋白表现出显著的毒腺偏向性表达。•18个候选蛋白具有预测信号肽,而15个则缺乏信号肽。•该数据集为比较和功能研究奠定了基础。引言寄生膜翅目动物是最大的毒液动物类群之一,占已描述

  
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    整合组学分析鉴定了四川厚脊小蜂中的33个候选毒液蛋白。
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    酶是毒液成分中最丰富的类别。
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    选定的12个蛋白表现出显著的毒腺偏向性表达。
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    18个候选蛋白具有预测信号肽,而15个则缺乏信号肽。
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    该数据集为比较和功能研究奠定了基础。

引言

寄生膜翅目动物是最大的毒液动物类群之一,占已描述膜翅目昆虫的75%,占所有昆虫物种的10%至20%。它们共享一种生活方式,即后代在其他节肢动物体表(外寄生性)或体内(内寄生性)发育,以宿主组织为食,最终导致宿主死亡。因此,它们在控制害虫种群方面作为天敌发挥着至关重要的作用(Burke和Sharanowski, 2024;Pennacchio和Strand, 2006)。为确保成功寄生并为寄生蜂后代的发育创造有利环境,雌性寄生蜂在产卵过程中向宿主注入一系列寄生因子,包括毒液(Asgari和Rivers, 2011;Moreau和Asgari, 2015)、多DNA病毒(PDV)(Salvia等, 2017)、病毒样颗粒(VLP)(Gatti等, 2012)和畸胎细胞(Salvia等, 2019)。在这些寄生因子中,毒液是外寄生性和内寄生性寄生蜂共有的,而某些因子如PDV和畸胎细胞则是内寄生性寄生蜂特有的(Becchimanzi等, 2020)。
在大多数毒液动物中,毒液的主要功能是捕食或防御,例如蛇类(Koh等, 2006)、蝎子(Rodríguez de la Vega等, 2010)、蜘蛛(King和Hardy, 2013)和蜜蜂(Peiren等, 2005),毒液被认为是富含生物活性化合物的丰富来源(Pimenta和De Lima, 2005)。与主要用于捕食或防御的毒液相比,寄生蜂的毒液对宿主发挥的作用范围要广泛得多,并作为一种保守的武器操纵节肢动物宿主的各种生理途径(Pennacchio和Strand, 2006;Yang等, 2024b)。例如,寄生蜂的毒液具有麻痹宿主、调节宿主发育和代谢、抑制宿主免疫系统以及调控宿主行为的能力(Asgari和Rivers, 2011;Moreau和Asgari, 2015;Russo等, 2023;Yan等, 2023)。与其他毒液动物的毒液成分相比,寄生蜂的毒液成分更为复杂,通常由更为复杂的肽类、蛋白质及其他非蛋白类化合物混合物组成。在寄生蜂与其宿主的协同进化过程中,毒液的复杂组成有助于对抗宿主可能对个别成分产生的抗性,从而推动毒液成分复杂性的增加(Moreau和Guillot, 2005)。因此,寄生蜂的毒液可能代表着一个尚未充分探索的宝贵生物活性分子来源,在害虫防治和药物应用方面具有巨大潜力(Danneels等, 2015)。
尽管估计有约60万个寄生蜂物种,但仅在少数物种中(尤其是外寄生性寄生蜂中)表征了毒液蛋白(Moreau和Asgari, 2015)。对于绝大多数寄生蜂毒液蛋白而言,既没有预测功能也没有实验证据,因此它们在寄生中的具体作用在很大程度上仍不清楚。自对黑腹果蝇寄生蜂毒液的早期生物信息学和蛋白质组学表征以来(de Graaf等, 2010),整合转录组学和蛋白质组学方法被越来越广泛地应用于多种寄生蜂类群(Becchimanzi等, 2020;Goecks等, 2013;Vincent等, 2010;Yan等, 2016;Yu等, 2023)。这些研究表明,寄生蜂毒液蛋白表现出高度多样性,即使在亲缘关系密切的物种之间也可能存在显著差异,例如果蝇寄生蜂小头寄生蜂和异头小头寄生蜂(Colinet等, 2013)。尽管某些毒液蛋白(如丝氨酸蛋白酶和酯酶)在寄生蜂中普遍共有,但另一些蛋白似乎是特定类群甚至个别物种特有的,还有一些仅出现在少数亲缘关系较远的物种中(Poirie等, 2014)。这些模式强调了在更广泛的寄生蜂类群中表征毒液蛋白组成的必要性。
四川厚脊小蜂(膜翅目:厚脊小蜂科)是一种重要的蛹期外寄生性寄生蜂,寄生多种天牛,如星天牛、松墨天牛和云斑天牛。由于易于利用黄粉虫(鞘翅目:拟步甲科)蛹作为偏好宿主进行大规模繁殖,且自然寄生率高,该寄生蜂被广泛有效地用作生物防治剂(Zhou等, 1997)。四川厚脊小蜂的毒液被认为是促成成功寄生的主要寄生因子之一(Jiang和Zhou, 2006)。先前的研究表明,其毒液显著影响宿主的生理过程(Tan和Zhou, 2003;Tan等, 2003;Zhuo等, 2016),暗示毒液中含有功能活性成分。然而,这些效应的分子基础仍知之甚少,因为其毒液的蛋白组成尚未被表征,可能导致这些效应的单个成分仍未被鉴定。为弥补这一知识空白,我们采用已建立的整合转录组学和蛋白质组学框架鉴定了四川厚脊小蜂中的候选毒液蛋白,并检验了12个选定候选基因在雌性成虫中的组织特异性表达模式。本研究首次对四川厚脊小蜂的候选毒液蛋白谱进行了整合转录组学和蛋白质组学表征,从而拓宽了研究寄生蜂毒液多样性与进化的比较基础,并为未来对单个毒液成分的功能分析奠定了基础。

部分摘要

昆虫饲养

四川厚脊小蜂的实验室种群由采集于中国四川省泸定县的个体建立,并在我们实验室(中国四川省四川农业大学林学院森林保护省重点实验室)进行维护。黄粉虫在25±1°C、相对湿度60%–70%的黑暗条件下以麸皮和无污染蔬菜饲养。寄生蜂在25±1°C、相对湿度60%–70%条件下利用黄粉虫蛹进行繁殖。

毒腺和残骸转录组分析

利用高通量Illumina测序平台分别构建和测序了6个cDNA文库,包括来自四川厚脊小蜂毒腺的三个重复样本和来自残骸的三个重复样本。经过质量过滤后,获得了41.39 Gb的干净数据,包含1.38×108条高质量序列,用于后续分析(表1)。对干净序列进行从头组装,获得了47,856个单拷贝基因,N50为2173 bp,平均长度为814.38 bp(表2)。序列比对至组装结果的比对率为

讨论

在产卵过程中,寄生蜂将毒液单独或与其他寄生因子结合注入宿主,以诱导生理改变,从而促进其后代的成功发育(Asgari和Rivers, 2011;Beckage和Gelman, 2004)。因此,表征毒液组成是研究寄生蜂-宿主相互作用的关键第一步。在本研究中,利用整合转录组学和蛋白质组学分析对

CRediT作者贡献声明

刘龙:撰写——初稿、可视化、软件、方法学、经费获取、形式分析、概念构思。杨华:撰写——审阅与编辑、验证、资源、数据管理。杨威:撰写——审阅与编辑、监督、项目管理、概念构思。

资金

本研究受四川省科技计划(基金编号:2025ZNSFSC0995);中国博士后科学基金(基金编号:2024M762270);以及中国博士后科学基金博士后 Fellowship计划(基金编号:GZC20231863)资助。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。
刘龙|杨华|杨威
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