陈学新教授团队发表最新研究成果“DNA病毒招募寄主整合酶整合基因组的新机制”

发布者:昆虫科学研究所发布时间:2021-09-11浏览次数:0

陈学新教授团队发表最新研究成果“DNA病毒招募寄主整合酶整合基因组的新机制”


  2021年9月7日,国际知名遗传学期刊PLoS Genetics在线发表了我所陈学新教授团队的最新研究成果“Bracoviruses recruit host integrases for their integration into caterpillar’s genome”( 论文链接:https://journals.plos.org/plosgenetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1009751),揭示了一类与寄生蜂协同共生的特殊病毒--多分DNA病毒基因组整合到寄主基因组中的新机制。研究结果不仅深化了对DNA病毒感染寄主的机制认识,还为害虫控制新技术的研发提供了新的理论依据。

  动物DNA病毒(如人类疱疹病毒6型Human herpes virus 6, HHV-6)在感染寄主时,必须先将自身的基因组整合到寄主基因组中才能表达功能基因而发挥作用。到目前为止,我们还不了解动物DNA病毒的整合机制。

多DNA病毒(polydnaviruses,PDVs)是一类寄生蜂携带的DNA病毒,是寄生蜂寄生鳞翅目寄主害虫时,发挥调控鳞翅目寄主的生理和发育作用的寄生因子,对寄生蜂幼蜂在寄主体内成功发育与否至关重要。PDVs包含茧蜂病毒(bracovirus,BV)和姬蜂病毒(ichnovirus,IV)二类,分别为茧蜂和姬蜂所特有。成熟的PDVs粒子包含有多个大小不一的环状双链DNA分子,在寄生蜂寄生时被注射到鳞翅目寄主体内。由于缺少复制和组装的基因元件,PDV不能在鳞翅目寄主体内复制,但是会将自身基因组整合到寄主基因组上,从而表达毒性基因或microRNAs,成功控制寄主。但到目前为止,PDV整合到寄主基因组的机制尚不清楚。

  陈学新教授团队在长期对国际上重要蔬菜害虫-小菜蛾Plutella xylostella及其优势天敌昆虫—菜蛾盘绒茧蜂Cotesia vestalis组成体系开展研究的基础上发表了最新成果。首先,菜蛾盘绒茧蜂携带的菜蛾盘绒茧蜂病毒Cotesia vestalis Bracovirus(CvBV)的基因组由30个大小和丰度不同的环状双链DNA分子组成,且30个DNA分子环进入鳞翅目寄主后具有组织分布特异性。其次, CvBV的 30个DNA分子环存在两种整合方式,即固定断裂型(19个)和随机断裂型(11个),并首次证明所有固定断裂型的环在断口的上下游存在的两段反向互补的序列结构是病毒能否整合的关键。再次,依据CvBV DNA分子环的整合的时间顺序性,可将它们分早期、中期和后期这三种类型,其中整合速度最快的CvBV DNA分子环在寄生后30分钟内就开始整合自身到鳞翅目寄主的基因组中。最后,不同的CvBVNA分子环拥有不同的整合机制:有的DNA分子环是依赖CvBV病毒自身携带的重组酶(recombinase)完成整合,而有的DNA分子环则是必须招募和依赖鳞翅目寄主体内的反转录病毒整合酶(retroviral integrase)完成整合。陈学新教授的最新研究成果首次揭示了多DNA病毒整合到寄主基因组的机制,即既“需要自身编码的重组酶,还需要招募鳞翅目寄主的反转录病毒整合酶才能将自身基因组整合到寄主基因组中的新机制”。该研究成果不仅深化了对寄生蜂调控寄主机制的认识,而且对于某些DNA病毒如何整合到人类基因组中及其相关疾病的治疗也有启示作用。


多分DNA病毒基因组整合到寄主基因组的模式图


  近年来,陈学新教授团队在寄生蜂调控害虫机制方面取得了一系列突破性的研究成果。此项寄生蜂PDV病毒整合机制的研究,亦是该团队继寄生蜂调控寄主生长发育(Nature Communications, 2018)、调控寄主免疫(Nature Communications, 2021)、调控寄主营养代谢(PLoS Pathogens, 2021)等工作后,又一重要发现和突破。

陈学新教授团队的王泽华博士后为论文第一作者,时敏副教授为论文通讯作者。法国国家科学研究中心及法国图尔大学昆虫生物学研究所的Elisabeth Hugue博士和Jean-Michel Drezen博士也参与了本论文的研究工作。该项研究得到了国家自然科学基金重点项目(31630060)、优青项目(31622048)、面上项目(31772522、31672079)和国家重点研发计划(2019YFD0300104和2017YFD0200400)等经费的支持。