微孢子虫的进化起源与系统分类现状

系统回顾了微孢子虫起源进化的研究进展及其系统分类现状。近30年来,一些依据SSU r DNA序列、翻译延伸因子1α序列、直系同源蛋白基因树及真菌蛋白质组生命树等的研究支持微孢子虫起源于原生生物。但同时大量的单基因或多基因系统发育研究又支持微孢子虫起源于真菌。最近一系列独立的系统基因组学研究结果,加上在罗兹菌门中发现了介于真菌和微孢子虫中间类型的近微孢虫菌属(Paramicrosporidium)、线孢虫菌属(Mitosporidium)和噬核菌属(Nucleophaga),进一步支持微孢子虫起源于罗兹菌门的噬核菌属谱系。     

柞蚕微孢子虫Nosema pernyi微管蛋白基因的克隆及系统发育分析

【目的】柞蚕微粒子病的病原为柞蚕微孢子虫Nosemapernyi,为解明柞蚕微孢子虫微管蛋白基因的序列信息,明确柞蚕微孢子虫的系统分类学地位。【方法】采用RT-.PCR、3′RACE(Rapid amplification ofcDNAends)等技术克隆得到了柞蚕微孢子虫的α、β和y-微管蛋白基因,并利用α、β-微管蛋白序列,分别采用NJ、ML法构建进化树。【结果】将克隆得到的基因序列提交NCBI(GenBank登录号:KF154086、KF023271、KF740389)。构建的系统发育树显示,微孢子虫类以一个独立群位于真菌群体中,与真菌的虫霉门关系较近,且与担子菌、球囊菌、壶菌、接合菌及部分子囊菌互为姐妹群。从部分微孢子虫的系统发育分析结果可以看出,20种微孢子虫分为2个分支,柞蚕微孢子虫与其他Nosema属聚为一类。【结论】本研究克隆得到了柞蚕微孢子虫α、β和y-微管蛋白基因,系统发育分析为更进一步了解柞蚕微孢子虫奠定了基础。     

鳞翅目昆虫病原微孢子虫研究进展

微孢子虫广泛存在于鳞翅目昆虫中,是一类重要的病原微生物。微孢子虫病一方面影响野外昆虫种群的自然平衡,另一方面对家蚕、柞蚕等经济和资源昆虫造成了严重的危害。微孢子虫分子生物学研究基础相对薄弱,再加上微孢子虫表面坚厚的孢壁,无疑增加了研究难度。随着核酸、蛋白质等生物大分子分离制备方法和高通量测序技术的不断更新发展,基于各种组学(Omics)研究微孢子虫的工作方兴未艾,并且有了一些重要的发现。本文综述了微孢子虫与鳞翅目昆虫寄主的相互作用及寄生于鳞翅目昆虫的病原微孢子虫基因组、转录组和蛋白质组进展情况,以期为微孢子虫的深入研究提供参考。这些昆虫微生物研究将为鳞翅目害虫生物防治提供新的思路,并对家蚕等经济昆虫微粒子病的诊断、防控及治疗产生积极影响。     

微孢子虫致病与传播及其对昆虫免疫繁殖作用的研究进展

微孢子虫Microsporidia是专性细胞内寄生的原生动物,是一种很有应用潜力的微生物杀虫剂。大部分微孢子虫能寄生于昆虫,侵染寄主的中肠、马氏管、脂肪体、卵巢甚至神经,从而影响昆虫的免疫健康和生殖健康,引起昆虫的流行病。本文简要概述了微孢子虫的致病机理、传播方式,介绍了微孢子虫影响昆虫生殖和免疫健康等方面的研究进展,以期为应用微孢子虫控制害虫提供参考。     

微孢子虫系统进化研究的变迁与展望

微孢子虫(Microsporidia)是一类专性细胞内寄生的单细胞真核生物,在科研、医疗、农业、商业等领域具有重要影响。由于其不具有某些典型的真核生物细胞结构,如线粒体、过氧化物酶体、高尔基体、鞭毛,曾将其归属于古真核生物谱系,认为其进化历程先于这些细胞器的起源,该假说也得到了一些生物化学和分子生物学研究证据的支持。然而,在最近十年里,通过更深入的研究,尤其是基于分子序列的系统进化分析,表明微孢子虫和真菌具有一定亲缘关系,并认为其结构的简约性恰好体现了微孢子虫营寄生生活的高度退化现象。目前对微孢子虫的系统进化仍存在各种不同意见,对其进化研究历史进行探讨有着重要意义。本文将按照时间顺序回顾微孢子虫进化分类研究过程中的各种研究成果,并讨论为什么微孢子虫独特的细胞和基因组特性会导致众多的学者在其进化分类问题上争执这么久。     

微孢子虫核糖体小亚单位RNA（ssurRNA）基因

微孢子虫是广泛分布于自然界的细胞内原虫类寄生虫,它们可寄生于整个生物界。微孢子虫是真核生物,但其核糖体及核糖体RNA（rRNA）为原核生物型。为探讨9种家蚕病原性微孢子虫的种地位及亲缘关系,对已广泛用于生物进化分类的核糖体小亚单位RNA（ssurRNA)基因进行了研究。由微孢子虫ssurRNA基因序列同源笥分析所构建的系统进货发育树及Southern杂交分析表明,这9种微孢子虫同为Nosema属,为同属不同种。     

3种微孢子虫在我国西南部分地区腹泻患者中的流行情况调查

目的调查毕氏肠道微孢子虫(Enterocytozoon bieneusi)、肠炎微孢子虫(Encephalitozoon intestinalis)和兔脑炎微孢子虫(Encephalitozoon cuniculi)在我国西南地区的流行情况。方法收集了124份西南地区腹泻患者的粪便,通过显微镜镜检、PCR检测等手段,进行微孢子虫的分离与鉴定。结果毕氏肠道微孢子虫和肠炎微孢子虫的检出率较高,分别为7.26%(9/124)和3.23%(4/124),兔脑炎微孢子虫的检出率为0。结论西南地区腹泻患者有感染微孢子虫的情况,感染类型多为毕氏肠道微孢子虫和肠炎微孢子虫。     

梨花迁粉蝶微孢子虫对家蚕的侵染力与胚传性

【目的】对梨花迁粉蝶Catopsilia pyranthe分离的微孢子虫进行形态与分子鉴定,探究其对非天然宿主家蚕Bombyx mori的侵染力与胚传性。【方法】从田间采集的梨花迁粉蝶中分离得到梨花迁粉蝶微孢子虫液,测定其孢子的形态、大小、体积、长短轴比,同时对该孢子虫的16S r DNA进行PCR克隆测序与分析。将梨花迁粉蝶微孢子虫Nosema sp.CP与家蚕微孢子虫N.bombycis分别对2龄起蚕、4龄起蚕进行添食感染比对,测定家蚕食下两种微孢子虫的感染率和胚种传染能力。【结果】本研究分离的梨花迁粉蝶微孢子虫形态为长椭圆形,具双核;其16S r DNA序列与已报道的梨花迁粉蝶微孢子虫的序列一致性大于99%,为梨花迁粉蝶微孢子虫。梨花迁粉蝶微孢子虫和家蚕微孢子虫对家蚕综合感染率分别是68.8%和98.3%;在继代蚁蚕中,感染梨花迁粉蝶微孢子虫和家蚕微孢子虫的雌蛾所产蚕卵次代蚁蚕检出有孢子虫的检出率分别为100%和100%,卵壳的孢子虫的检出率分别为92.9%和100%;梨花迁粉蝶微孢子虫和家蚕微孢子虫对家蚕的胚种传染力分别为9.6%和23.2%。【结论】本研究分离得到的微孢子虫为梨花迁粉蝶微孢子虫,具有微孢子虫Nosema属的典型特征。梨花迁粉蝶微孢子虫能感染危害家蚕,也具有家蚕胚种传染性,但感染率和胚传率均明显低于家蚕微孢子虫,是蚕业生产中必须防控的对象。     

东方蜜蜂微孢子虫N6-腺苷特异性甲基化转移酶基因的克隆、分子特性及表达模式北大核心

【目的】东方蜜蜂微孢子虫(Nosme ceranae)专性侵染成年蜜蜂导致微孢子虫病,给养蜂生产造成很大损失。目前,东方蜜蜂微孢子虫的N6-腺苷特异性甲基化转移酶(N6-adenine-specific methyltransferase,N6AMT)基因NcN6AMT的研究仍然缺失。本研究对NcN6AMT的编码序列(coding sequence,CDS)区进行克隆,并解析NcN6AMT蛋白的理化性质和分子特性,进而测定东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica)和中华蜜蜂(Apis cerana cerana)工蜂过程中NcN6AMT的相对表达量,以期丰富NcN6AMT的信息,并为探究东方蜜蜂微孢子虫侵染过程NcN6AMT的功能及表观调控机制提供基础。【方法】采用Protparam和ProtScale软件对NcN6AMT进行等电点和亲水性分析。通过SignalP 5.0、NetPhos 3.1、TMHMM-2.0、SOPMA和SWISS-MODEL等软件分别预测NcN6AMT的信号肽、磷酸化位点、跨膜结构域、二级结构和三级结构。使用WoLF PSORT II软件预测NcN6AMT的亚细胞定位。根据N6AMT氨基酸序列,通过TBtools软件对智人(Homo sapiens)、小鼠(Mus musculus)、褐飞虱(Nilaparvata lugens)、兔脑炎微孢子虫(Encephalitozoon cuniculi)、肠脑炎微孢子虫(Encephalitozoon intestinalis ATCC 50506)、蚱蜢脑炎微孢子虫(Encephalitozoon romaleae SJ-2008)、美洲思普雷格孢虫(Spraguea lophii 42_110)、家蚕微孢子虫(Nosema bombycis CQ1)、隐生菱形藻(Nitzschia inconspicua)和东方蜜蜂微孢子虫(Nosema ceranae)的N6AMT进行结构域预测和分析。利用MEME软件和MEGA 11.0软件进行东方蜜蜂微孢子虫和其他物种N6AMT的保守基序预测及进化树构建。采用实时荧光定量聚合酶链式反应(real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)检测NcN6AMT在东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂和中华蜜蜂工蜂过程的相对表达量。【结果】通过PCR扩增出大小约500 bp的目的片段,克隆测序结果显示其与GenBank数据库收录的预测序列一致;NcN6AMT蛋白的分子量约为18.7 kDa,分子式为C845H1374N214O249S6,理论等电点为5.88,脂溶系数是119.76,不稳定系数为37.47,平均亲水系数为0.025,含166个氨基酸和15个磷酸化位点,不含典型的跨膜结构域和信号肽,可同时定位于细胞质、线粒体、细胞核和液泡膜;NcN6AMT含1个甲基转移酶小结构域(methyltransferase small domain,MTS),该结构域同样存在于家蚕微孢子虫和兔脑炎微孢子虫等8个其他物种的N6AMT;在东方蜜蜂微孢子虫、兔脑炎微孢子虫、肠脑炎微孢子虫和蚱蜢脑炎微孢子虫的N6AMT中均预测到5个相同的保守基序;NcN6AMT与家蚕微孢子虫、肠脑炎微孢子虫、兔脑炎微孢子虫和蚱蜢脑炎微孢子虫的N6AMT序列一致性达到70.92%;东方蜜蜂微孢子虫和家蚕微孢子虫的N6AMT在系统进化树上聚为一支;东方蜜蜂微孢子虫接种后1–4 d,NcN6AMT在意大利蜜蜂和中华蜜蜂工蜂中肠内均呈现先上升后下降的表达趋势。【结论】成功克隆到NcN6AMT基因的CDS区,明确了NcN6AMT蛋白的理化性质和分子特性,并揭示东方蜜蜂微孢子虫和家蚕微孢子虫的N6AMT蛋白具有较高的保守性,NcN6AMT在东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂和中华蜜蜂工蜂的第一个增殖周期(1–4 dpi)内动态表达且均呈上升-下降的表达模式。     

东方蜜蜂微孢子虫N6-腺苷特异性甲基化转移酶基因的克隆、分子特性及表达模式

【目的】东方蜜蜂微孢子虫(Nosme ceranae)专性侵染成年蜜蜂导致微孢子虫病,给养蜂生产造成很大损失。目前,东方蜜蜂微孢子虫的N6-腺苷特异性甲基化转移酶(N6-adenine-specific methyltransferase,N6AMT)基因NcN6AMT的研究仍然缺失。本研究对NcN6AMT的编码序列(coding sequence,CDS)区进行克隆,并解析NcN6AMT蛋白的理化性质和分子特性,进而测定东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica)和中华蜜蜂(Apis cerana cerana)工蜂过程中NcN6AMT的相对表达量,以期丰富NcN6AMT的信息,并为探究东方蜜蜂微孢子虫侵染过程NcN6AMT的功能及表观调控机制提供基础。【方法】采用Protparam和ProtScale软件对NcN6AMT进行等电点和亲水性分析。通过SignalP 5.0、NetPhos 3.1、TMHMM-2.0、SOPMA和SWISS-MODEL等软件分别预测NcN6AMT的信号肽、磷酸化位点、跨膜结构域、二级结构和三级结构。使用WoLF PSORT II软件预测NcN6AMT的亚细胞定位。根据N6AMT氨基酸序列,通过TBtools软件对智人(Homo sapiens)、小鼠(Mus musculus)、褐飞虱(Nilaparvata lugens)、兔脑炎微孢子虫(Encephalitozoon cuniculi)、肠脑炎微孢子虫(Encephalitozoon intestinalis ATCC 50506)、蚱蜢脑炎微孢子虫(Encephalitozoon romaleae SJ-2008)、美洲思普雷格孢虫(Spraguea lophii 42_110)、家蚕微孢子虫(Nosema bombycis CQ1)、隐生菱形藻(Nitzschia inconspicua)和东方蜜蜂微孢子虫(Nosema ceranae)的N6AMT进行结构域预测和分析。利用MEME软件和MEGA 11.0软件进行东方蜜蜂微孢子虫和其他物种N6AMT的保守基序预测及进化树构建。采用实时荧光定量聚合酶链式反应(real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)检测NcN6AMT在东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂和中华蜜蜂工蜂过程的相对表达量。【结果】通过PCR扩增出大小约500 bp的目的片段,克隆测序结果显示其与GenBank数据库收录的预测序列一致;NcN6AMT蛋白的分子量约为18.7 kDa,分子式为C845H1374N214O249S6,理论等电点为5.88,脂溶系数是119.76,不稳定系数为37.47,平均亲水系数为0.025,含166个氨基酸和15个磷酸化位点,不含典型的跨膜结构域和信号肽,可同时定位于细胞质、线粒体、细胞核和液泡膜;NcN6AMT含1个甲基转移酶小结构域(methyltransferase small domain,MTS),该结构域同样存在于家蚕微孢子虫和兔脑炎微孢子虫等8个其他物种的N6AMT;在东方蜜蜂微孢子虫、兔脑炎微孢子虫、肠脑炎微孢子虫和蚱蜢脑炎微孢子虫的N6AMT中均预测到5个相同的保守基序;NcN6AMT与家蚕微孢子虫、肠脑炎微孢子虫、兔脑炎微孢子虫和蚱蜢脑炎微孢子虫的N6AMT序列一致性达到70.92%;东方蜜蜂微孢子虫和家蚕微孢子虫的N6AMT在系统进化树上聚为一支;东方蜜蜂微孢子虫接种后1–4 d,NcN6AMT在意大利蜜蜂和中华蜜蜂工蜂中肠内均呈现先上升后下降的表达趋势。【结论】成功克隆到NcN6AMT基因的CDS区,明确了NcN6AMT蛋白的理化性质和分子特性,并揭示东方蜜蜂微孢子虫和家蚕微孢子虫的N6AMT蛋白具有较高的保守性,NcN6AMT在东方蜜蜂微孢子虫侵染意大利蜜蜂和中华蜜蜂工蜂的第一个增殖周期(1–4 dpi)内动态表达且均呈上升-下降的表达模式。