论文摘要
Wolbachia是广泛存在于节肢动物和线虫体内的一类微生物,属于立克次氏体,可通过宿主卵的细胞质传递给子代。Wolbachia能够通过多种机制调节其宿主的生殖方式,如细胞质不相容（cytoplasmic incompatibility, CI）、孤雌生殖、雌性化以及杀雄等,通过这些机制使其在宿主种群内广泛传播。CI是Wolbachia共生引起的一种最普遍的表型,表现为Wolbachia感染的雄性宿主与未感染或感染了不同品系Wolbachia的雌性宿主交配后,子代死亡或仅有部分能够存活。但感染相同Wolbachia的雌雄宿主交配后能够产生正常的后代。关于CI的分子机制虽然有一些研究,但目前还是不甚清楚,且存在很多争议。Hir/Hira（Histone regulation）基因是组蛋白H3.3的一种伴侣蛋白编码基因,果蝇Hira （Hira）基因的突变对果蝇存活没有影响,但导致雌性果蝇不育,因为突变果蝇的卵受精后精核不能正常解凝,无法形成正常的雄性原核,因此后代在胚胎早期死亡,其表型与Wolbachia诱导的CI表型类似。考虑到Hira基因对雄性原核形成的影响,以及Wolbachia感染导致宿主CI的表型,我们用荧光定量RT-PCR方法研究了Wolbachia诱导的CI强度与果蝇Hira基因表达量之间的关系,结果表明,wRi品系感染引起拟果蝇（Drosophila simulans）产生强烈的CI表型,即当1d感染果蝇（Dsim wRi）的雄体与未感染果蝇（Dsim T）雌体交配后,胚胎的孵化率只有7.67±2.18%,而wAu品系感染则没有产生CI表型,胚胎孵化率为87.62±2.67%,与未感染果蝇交配组胚胎孵化率（92.76±3.83%）没有显著差异。在雄性果蝇中,与未感染的果蝇相比,wRi感染引起Hira的表达水平显著下调（Dsim wRi/Dsim T:0.42±0.11） （P<O.05）,而wAu感染则没有引起Hira的表达显著改变（Dsim wAu/Dsim T:0.86±0.14）。已有研究表明,随着雄性果蝇日龄的增加,其诱导的CI水平会逐渐下降。为此我们检测了1d和5d雄果蝇引起CI强度的变化情况。结果发现,当用5d的wRi感染的雄体与未感染果蝇雌体交配后,胚胎的孵化率显著提高到50.89±5.56%,说明CI强度已经显著下降。定量RT-PCR结果表明,与1d雄果蝇相比,5d雄果蝇中Hira的表达水平显著升高。这些结果提示,Wolbachia诱导的CI强度可能与雄性宿主体内Hira基因表达下调有关。由于本研究组前期对黑腹果蝇（Drosophila melanogaster）的研究得到了与拟果蝇中同样的结果,我们又利用实验室已有的Hira突变的黑腹果蝇（Hirassm和HiraHRI,前者是点突变,后者为缺失突变）来进一步验证雄体中Hira的表达与子代胚胎孵化率的关系。结果表明,两种Hira突变的雄性果蝇与未感染Wolbachia的雌性黑腹果蝇交配后,胚胎孵化率都显著低于未感染组,分别为72.98±5.10%、74.34±4.03%。对早期胚胎进行荧光染色分析,发现在这些交配组的部分胚胎中有典型的CI表型图像：核分裂不同步,染色体分裂不全,有染色质间桥出现。由于Hira基因位于X染色体上,为了明确子代的死亡是否由Hira基因突变引起,我们还统计了子代的雌雄比例,发现来自Hira突变组子代中的雌雄比例显著降低,分别为：0.68（±0.08）和0.60（±0.11）,说明子代中带有突变Hira的X染色体的雌性果蝇发生了大量死亡。有趣的是,能够引起黑腹果蝇强CI表型的wMel Wolbachia感染的雌果蝇（Dmel wMel）能够挽救Hira基因突变造成的胚胎发育缺陷,即当Hira突变的雄性果蝇与Dmel wMel雌果蝇交配后,子代的孵化率和雌雄比例都恢复正常,与对照组没有显著差异。综合这些研究结果,说明Wolbachia感染可能是通过引起雄性宿主体内Hira基因表达下调,影响了精子的质量,从而导致后代胚胎发育异常。由于HIRA是组蛋白伴侣之一,因此Wolbachia感染导致雄性宿主Hira基因表达下调,引起组蛋白功能异常,可能是CI产生的原因之一。本研究不仅可以为研究C1分子机制提供一条新的思路,而且可以为动物精子发生及早期胚胎发育过程的基础研究及共生菌和其宿主间的相互作用研究工作奠定基础,在有害动物性别控制、农业害虫及媒介昆虫的生物防治等应用基础研究领域,也具有潜在价值。