Current Biology│中科院分子植物卓越中心发现果蝇的行为防御机制

昆虫已经进化出社会和行为免疫机制来抵御寄生感染，例如果蝇的机械感觉刚毛可以非选择性地检测落在果蝇身上的灰尘，包括真菌孢子等，以诱导从前到后的连续清洁行为。那么果蝇能否特异性识别病原真菌呢，以及昆虫与病原菌间的交互方式是什么样的还未可知？

1. CFEM蛋白在绿僵菌属间存在不同分布和结构差异，且对宿主的侵染毒力大小不同

通过全基因组Pfam分析，发现绿僵菌属中CFEM蛋白存在不同亚家族，文中发现18种CFEM蛋白，结构存在异同。其中17中存在信号肽，11种存在跨膜域。将M. robertsii中的18个CFEM基因进行逐一敲除，发现ΔMcdc2, ΔMcdc9, ΔMcdc13突变株侵染后，果蝇存活率降低，说明菌株毒力增强；ΔMcdc12, ΔMcdc15突变株侵染后，果蝇存活率上升，说明菌株毒力减弱。对敲除后真菌毒力增强的基因进一步研究，发现突变株和WT菌株孢子悬浮液注射入果蝇后，两者对果蝇翅膀侵染毒力和生存率无显著差异（图1）。

图1 | CFEM蛋白家族结构及毒力增强菌株表型展示

2. ΔMcdc9菌株孢子从果蝇表面清除的效率低于WT

随机选择Mcdc9进一步研究其作用机制，发现局部体表感染实验中，突变株毒力显著高于WT和OE菌株；而注射感染实验中，其毒力无显著差异（图2A-D)。通过菌落培养计数、显微观察和qPCR检测发现ΔMcdc9感染的果蝇中孢子残留量显著高于WT和OE菌株(图2E-F)。说明Mcdc9可能是诱导果蝇清除其体表真菌孢子的一个因子。

图2 | Mcdc9参与黑腹果蝇的真菌感染进程

3. Mcdc9定位于孢子表面与果蝇蛋白CheA75a存在特异性互作

因为Mcdc9含有GPI细胞表面锚定位点，构建GFP-Mcdc9融合蛋白检测Mcdc9亚细胞定位，发现其定位于孢子表面（图3A)。为进一步分析果蝇梳理动作的作用机制，研究者收集感染了M. robertsii36-72h的果蝇构建了果蝇酵母cDNA文库（文库构建by欧易生物），研究者以Mcdc9为诱饵进行文库筛选，结果鉴定并验证到Mcdc9与一个功能未知的化学感知蛋白（CSP)CheA75a互作，CheA75a主要在果蝇腿部和翅部高表达。通过对同源基因和功能域进行一对一互作验证，发现Mcdc9与CheA75a间的互作为特异性的，互作域分别为CFEM和DUF1091(图3BDEF)。

图3 | Mcdc9蛋白亚细胞定位和互作检测

4. CheA75a敲降后果蝇对真菌孢子敏感度下降

进一步对黑腹果蝇F1代（CheA75aRNAi/W1118/CFKK）采用不同方式进行WT孢子感染，统计感染后，各组果蝇孢子残留量、菌落培养后数量、和果蝇存活率等，发现CheA75aRNAi果蝇比对照体表积累的孢子量更多，死亡速率显著加快（图E-H）。

图4 | CheA75a对黑腹果蝇抵御真菌感染的进化、表达和影响

5. Mcdc9可以触发果蝇足部感受器的电生理反应

为了确定Mcdc9是否可以被果蝇感知到以诱导电生理反应，研究者使用提纯的Mcdc9蛋白溶液、BSA、缓冲液以及蔗糖进行诱导实验。结果发现Mcdc9蛋白刺激后的足部感器电信号，显著高于BSA和缓冲液对照组（图5）。说明Mcdc9可以通过触发果蝇足部感器电信号引发果蝇清洁防御行为。

图5 | Mcdc9诱导果蝇足部感受器的电生理反应

中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士后尚俊梅为第一作者，王成树研究员为通讯作者。中国科学院动物研究所杨军博士和王琛柱研究员指导开展了果蝇电生理分析；王成树研究组唐桂容副研究员和陆梦婷助理研究员也参与了该项研究。该研究得到国家自然科学基金委创新群体和中国科学院前沿科学重点研究计划等项目资助。

项目中所用的果蝇酵母文库由欧易生物构建。

Doi：https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.11.004

1、New Phytol | 北京农学院姚允聪团队再发miRNA调控苹果花青苷机制成果

2、项目文章 | 湖南大学赵小英/何崇圣团队发现拟南芥蓝光受体CRY1调控m6A修饰和光形态建成分子机制

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4、项目文章 | IL-33/ST2 信号促进口腔鳞癌中组成型和诱导型PD-L1的表达从而介导免疫逃逸

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排版人：小久

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