蚜蟲與初級共生菌Buchnera協同演化約2億年，是國際上研究胞內共生關系的重要模式。蚜蟲以氨基酸含量稀少的植物韌皮部汁液為食，Buchnera可將非必需氨基酸轉化成必需氨基酸提供給蚜蟲進而促進蚜蟲生長發育。由于穩定的內共生環境和嚴格的垂直傳播路徑，Buchnera的基因組急劇減小，有害突變持續積累，導致Buchnera的基因功能退化，在高溫等環境脅迫下表現出不穩定性，不利于蚜蟲種群發生。通常，為了彌補初級共生菌的功能缺陷，蚜蟲會涵養一種或多種兼性共生菌，以增強蚜蟲種群的環境適應性。
12月10日，中國科學院動物研究所孫玉誠研究組在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發表了題為A complete DNA repair system assembled by two endosymbionts restores heat tolerance of insect host的研究論文。研究發現，蚜蟲兼性共生菌Serratia通過與初級共生菌Buchnera形成互補的DNA錯配修復系統，降低初級共生菌基因組的突變發生頻率，提高熱脅迫下小熱激蛋白ibpA的轉錄效率，抑制菌胞細胞骨架actin發生變性聚集，從而增強蚜蟲種群的高溫耐受力。
研究發現，Buchnera編碼的小熱激蛋白ibpA是維持菌胞熱穩定性和蚜蟲高溫耐受力的關鍵蛋白。在蚜蟲經歷熱脅迫后，ibpA與菌胞的細胞骨架actin發生互作，避免actin變性聚集，從而提高菌胞熱穩定性。而ibpA啟動子區連續11個腺苷酸極易發生單核苷酸缺失突變，不利于ibpA的熱誘導表達。兼性共生菌Serratia的侵染可以降低Buchnera基因組中的突變頻率，抑制ibpA啟動子區單核苷酸缺失的產生，進而維持ibpA熱誘導效率，提高蚜蟲的高溫適應性。
進一步，研究顯示，Serratia編碼的DNA錯配修復核心蛋白mutH，能夠彌補該基因在Bucherna基因組中的缺失，并進入菌胞與Buchnera編碼的錯配修復關鍵蛋白mutL和mutS組建完整的、有活性的DNA修復系統。這種異源組建的錯配修復系統，可以識別和矯正Buchnera DNA復制過程中的錯配，降低SNP和Indel出現的頻率，幫助ibpA修復啟動子區域連續11個腺苷酸產生的點突變，提升高溫下分子伴侶的轉錄效率。
上述研究發現了蚜蟲兩種共生菌在DNA錯配修復系統上功能互補，降低共生菌熱激蛋白的突變頻率，進而促進蚜蟲種群的高溫適應性。
研究工作得到國家重點研發計劃等的支持。
論文鏈接
蚜蟲共生菌Serratia通過降低熱激蛋白ibpA啟動子區單核苷酸突變，增強蚜蟲種群的高溫耐受力
本文鏈接：研究發現內共生菌之間互補DNA錯配修復系統是蚜蟲高溫耐受力的關鍵http://m.sq15.cn/show-12-516-0.html
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