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“理工振兴”学术动态:生命科学学院孙江华研究团队在红脂大小蠹入侵机制取得新进展

2022-12-28

 

红脂大小蠹(Dendroctonusvalens)原产于北美,是我国重要的外来林业入侵害虫,主要为害的寄主为广泛生长于我国的特有树种油松等松树。1999年在山西首次暴发成灾,然后迅速蔓延扩散至河北、河南及北京周边地区。目前,我国山西、河南、陕西、青海、河北、北京、内蒙古自治区、辽宁均有分布。红脂大小蠹的入侵,已导致近1000余万株健康树木死亡。,

孙江华研究团队一直致力于红脂大小蠹入侵机制的研究,以信息化合物介导的红脂大小蠹-寄主油松-伴生真菌-共生细菌互作为切入点,阐明了红脂大小蠹、本地种黑根小蠹、伴生真菌、伴生细菌和寄主的协同入侵机制,提出并验证了入侵种与本地种之间互惠的“化学信息调控”和与伴生菌“共生入侵”以及“返入侵” 3个假说(New Phytol2010;Ecology 2011;Annu RevEcol Evo and Syst 2016),明析了信息流调控的入侵害虫-寄主植物-伴生真菌-细菌相互作用,构建了昆植关系中的跨四界化学信息互作模型(Microbiome 2018);阐明了细菌挥发物调控的多物种参与的虫菌共生关系的维持机制,揭示了调节红脂大小蠹-伴生菌间共生关系碳源分配的化学信号分子与调控策略(ISME J 2017; ISME J 2020)。基于植物-害虫—共生微生物之间的化学通讯机理,分离鉴定了红脂大小蠹的植物源和昆虫源聚集信息素和抗聚集信息素,集成了以信息素推/拉控制技术为核心的红脂大小蠹监测、检疫、防控综合技术体系并在发生区得到推广应用(Annu Rev Entomol 2013)。近日该研究团队在红脂大小蠹入侵机制方面取得系列新进展。

1、通过多组学分析与功能研究,揭示了红脂大小蠹伴生微生物可以作为其体外降解系统帮助其降解寄主油松中具有拒食效应的碳源D-松醇,协助红脂大小蠹入侵与爆发成灾(图1)。该研究成果从寄主适应的角度进一步阐释了伴生微生物在红脂大小蠹-伴生真菌L. procerum这一共生入侵复合体入侵成灾中的作用机制,丰富和完善了虫菌共生入侵理论。相关成果“Symbiotic microbes aid host adaptation by metabolizing a deterrent host pine carbohydrate D-pinitol in a beetle-fungus invasive complex”以开云体育平台官网入口为第一单位发表于Science Advances(IF5= 16.8955,中科院1区TOP,DOI: 10.1126/sciadv.add5051),我校刘芳华副教授为第一作者,孙江华教授为通讯作者,康志伟副教授参与部分工作。

1伴生微生物介导的红脂大小蠹入侵共生体对寄主不利碳源D-松醇的适应策略

2、利用三代Pacbio测序+10x genomics、Hic辅助组装,获到红脂大小蠹高质量基因组(图2)。该研究成果探讨了入侵种红脂大小蠹成功入侵的遗传基础及入侵扩散路径。相关成果“Chromosome-level genome assembly and population genomic analyses provide insights into adaptive evolution of the red turpentine beetle,Dendroctonusvalens”以开云体育平台官网入口为第一单位发表于BMC Biology(IF5= 8.641,DOI: 10.1186/s12915-022-01388-y),我校刘柱东研究员为第一作者,孙江华教授为通讯作者。

2红脂大小蠹基因组

3、通过转录组学筛选了厌氧条件下肠道细菌转换信息素的关键基因(醛脱氢酶ALDH1),并采用同源重组技术获得突变体进一步验证了该基因为肠道细菌转换红脂大小蠹信息素的关键基因。相关成果“The effect of inactivation of aldehyde dehydrogenase on pheromone production by the gut bacteria of an invasive tree killer bark beetle,Dendroctonusvalens”以开云体育平台官网入口为第二单位发表于Insect Science(IF5= 3.233,中科院1区TOP,DOI: 10.1111/1744-7917.13101),我校孙江华教授为通讯作者。

此外,该团队成员康志伟副教授作为第一作者,刘芳华副教授作为通讯作者,以开云体育平台官网入口为第一单位在Microbiology Spectrum(IF = 9.043,中科院1区TOP,DOI: 10.1128/ spectrum.04006-22)发表了环境和共生菌介导的豌豆蚜翅的非遗传多型的论文;该团队成员忙定泽校聘研究员作为第一和通讯作者,以开云体育平台官网入口为第一单位在Insect Biochemistry and Molecular Biology(IF = 4.421, DOI: 10.1016/j.ibmb.2022.103858)发表了家蚕糖受体的论文。团队有关松材线虫微生物朔源/关键种分析的研究成果分别发表于Microbiology Spectrum(IF = 9.043,中科院1区TOP,DOI: 10.1128/spectrum.00783-22)和 Frontiers in Plant Science(IF= 6.627, DOI: 10.3389/fpls.2022.856841),孙江华教授作为通讯作者,开云体育平台官网入口为第一单位。

上述工作得到了国家自然基金委基础科学中心项目,国家重点研发计划,国家自然科学基金面上/青年项目,河北省创新群体等项目资助。

(生命科学学院、科学技术处供稿)

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