來自博伊斯湯普森研究所(BTI)，美國農業(yè)部農業(yè)研究局和華盛頓大學的新研究發(fā)現生活在昆蟲體內的有益細菌傳播與柑橘綠化病相關的細菌病原體 - 爆發(fā)對佛羅里達柑橘產業(yè)的破壞 - 可能在昆蟲的病原體傳播中發(fā)揮作用。

一項關于柑橘綠化細菌對其昆蟲載體亞洲柑橘木虱影響的新研究揭示了昆蟲內部的多種變化。在感染過程中，病原體會影響昆蟲體內的“好”細菌，并以有助于進一步傳播病原體的方式改變木虱的新陳代謝。最終，該研究可能揭示傳播周期中的弱點，這些弱點可能產生控制策略的新穎且高度特異性的目標。與大規(guī)模使用農藥相比，這些方法可能更有效，更環(huán)保。該研究發(fā)表在PLOS ONE期刊上。

“我們在這方面的工作不能更及時，”BTI的助理教授，美國農業(yè)部農業(yè)研究局的研究分子生物學家Michelle Cilia說。“上周，美國農業(yè)部的國家農業(yè)統(tǒng)計局降低了對佛羅里達州橙色生產的可怕預測。佛羅里達種植者面臨的災難是柑橘綠化病的直接結果。這種短缺將影響每一位消費柑橘產品的美國人。他們的日常飲食，所以我們真的在與時間賽跑。“

柑橘綠化病是柑橘屬植物的致命細菌感染，導致樹木產生苦綠色水果。它與被稱為Candidatus Liberibacter asiaticus(CLas)的細菌感染有關。感染無法治愈，目前，種植者通過控制攜帶它的昆蟲(亞洲柑橘木虱)和殺蟲劑來減緩其傳播。

“當你談到通過簡單地使用更多殺蟲劑殺死昆蟲來對抗柑橘綠化疾病時，肯定會有很多關于有益昆蟲和蜜蜂的擔憂，”美國農業(yè)部Cilia實驗室博士后助理約翰拉姆齊說。“目標最吸引人的方面之一就是它對這個系統(tǒng)的獨特性，因為那時你沒有那么多擔心脫靶效應。”

為了更好地了解感染過程中昆蟲發(fā)生的變化，Cilia實驗室的研究人員與西雅圖華盛頓大學Michael MacCoss實驗室的研究人員合作，比較體內所有蛋白質 - 被感染和未感染的木虱的蛋白質組。 。

該分析顯示木虱對柑橘綠化病原體的反應不是一種無害的搭便車，而是一種感染，它會引發(fā)昆蟲的免疫系統(tǒng)。感染還導致昆蟲增加某些代謝酶的產生，這些酶分解葡萄糖和脂肪酸。研究人員懷疑CLas在昆蟲中誘導代謝綜合征并可能操縱昆蟲改變其攝食習慣，從而增加其傳播的機會，但需要行為研究來證實這一觀點。

蛋白質組實驗還表明，CLas感染會影響生活在昆蟲中的有益的共生細菌。木虱和其他吸食樹液與細菌伴侶有著長期的關系，這有助于將富含糖分的飲食轉化為可用的氨基酸。亞洲柑橘木虱中含有一種新型的細菌，這種細菌在其他昆蟲中沒有，稱為' Candidatus Profftella armatura'。盡管細菌在木虱中的作用尚未被充分了解，但已知產生顯著高水平的稱為聚酮化合物的代謝物。

“我們看到大量的Profftella蛋白質，包括參與聚酮化合物生物合成的蛋白質在已經獲得CLas的昆蟲中被上調，”拉姆齊說。“數據表明，Profftella可能在昆蟲傳播CLas中發(fā)揮作用。”

雖然其他研究人員已經證明，這種亞洲柑橘木虱特有的聚酮化合物對動物細胞有毒，但沒有人知道它是否具有抗菌作用。

合著者Jason Hoki是康奈爾大學研究生，在BTI實驗室副教授Frank Schroeder工作，量化了感染和未感染木虱中這種聚酮化合物的含量。在此過程中，研究小組確定了第二種類型的聚酮化合物，發(fā)現昆蟲被感染后兩種相關化合物的數量發(fā)生了變化。在未來的工作中，Cilia實驗室的研究人員計劃進一步探索這些聚酮化合物在昆蟲中的功能。

在Cilia實驗室進行的蛋白質工作也與Lukas Mueller副教授的生物信息學家合作，他們在最近測序的亞洲柑橘木虱基因組中注釋基因和其他遺傳區(qū)域。這項工作是美國農業(yè)部特種農作物大型項目的一部分，該項目專注于物理干擾木虱傳播CLas的分子的開發(fā)。通過調查共生細菌，亞洲柑橘木虱，柑橘植物和CLas之間的多方面相互作用，研究人員希望開發(fā)能夠阻斷病原體傳播周期中關鍵蛋白質的治療方法，這種方法比農藥更有效。

“我們正在探索所有這些相互作用，以找到支持柑橘種植者的最佳工具，并幫助他們對抗這種疾病，”拉姆齊說。

該研究還提出了一個有趣的進化問題：首先出現哪種寄主，木虱或柑橘屬植物?

“這是一種適應植物的昆蟲病原體，還是一種植物病原體，它已經找到了感染昆蟲的方法?我們不知道，但它是柑橘綠化病原體CLas的迷人元素之一。 “