文摘
拟寄生物毒液是一个焦点在生物防治领域的研究,旨在探讨其生理功能和性质。Pteromalus puparum是一个群居的蛹的endoparasitoid黄蜂这发展独特意味着采用宿主的免疫系统,因为没有其他parasitoid-associated因素以外的毒液注入其主机在产卵。它代表了一个很好的模型来研究拟寄生物的毒液。摘要信息聚集的结果p . puparum毒液。本文我们首先开始通过检查其功能属性。接下来,我们回顾了自然的拟寄生物的毒液组件。即使取得了伟大的成就,需要进一步的研究来揭示复杂的生物活性的毒液和隔离更新奇有毒多肽/蛋白质。
1。介绍
拟寄生物是重要的生物制剂,它生命的一段时间里身体或身体表面的其它无脊椎动物(1,2]。为了克服入侵,昆虫宿主进化高效先天免疫系统组成的一个数组的细胞和体液免疫反应3]。寄生黄蜂或分泌各种因素引入到宿主的身体在梭梭为需要创建合适的宿主环境的不成熟的拟寄生物,确保成功开发他们的后代(4]。这些因素包括毒液,polydnaviruses(刚才),病毒样颗粒(一种),teratocytes和卵巢蛋白(5]。拟寄生物毒液是明显诱发瘫痪,破坏主机的发展或干扰其免疫反应,单独或结合其他因素(4,6,7]。他们是生化反应、药物和生理上复杂的蛋白质的混合物以及末端组件在生物医学领域应用前景和发展小说,环境安全控制昆虫代理。在过去的几十年里,研究集中在生理功能和生物活性的化合物的拟寄生物毒液(8]。
Pteromalus puparum(膜翅目:金小蜂科)是一种群居的蛹的endoparasitoid宿主范围广,多次喜欢寄生于某些papilionid的蛹,pieridid蝴蝶物种(9,10]。它是最主要的蛹的拟寄生物的白色的小蝴蝶,地区rapae(鳞翅目:粉蝶科),寄生率可以大于90%中国十字花科蔬菜的领域(11]。它形成了独特的手段操纵主机,没有parasitoid-associated因素以外的毒液在女性生殖器官(12]。在过去的15年中,我们调查了parasitoid-host交互使用P。puparum作为一个模型。在此,我们提供简要概述我们的结果。
2。毒液功能
2.1。细胞免疫
昆虫免疫反应包括两种类型的反应,也就是说,体液和细胞,即整体免疫结果从两个系统之间复杂的相互作用13]。的细胞免疫反应,拟寄生物毒液有各种影响主机通过姬氏根据host-parasitoid系统。这些包括改变总(THC)和微分血球计数(dhc),修改在血细胞形态学和超微结构,血细胞死亡的诱导和抑制血球传播和封装(8,14- - - - - -17]。
寄生的P。puparum导致显著增加THC的主机,主机plasmatocytes的百分比和粒细胞减少和增加,分别,18,19]。类似的主机被观察到在一些增加THC parasitoid-host系统,而相反的结果也观察到在其他情况下(20.]。观察到的结果也类似于THC的寄生效应的比例血细胞类型(21]。从这些观察显然没有通用的图景。解释潜在的原因,这将是每个parasitoid-host系统是独一无二的(13,22]。为什么休眠期后血细胞数量改变,这可能是由于拟寄生物母性因素直接影响主机的造血作用造血器官和改变细胞周期产生积极的因素。因此,循环通过姬氏主机的改变。循环通过姬氏的浓度黑腹果蝇幼虫被寄生的改变Asobara citri(膜翅目:茧蜂科)有严重破坏造血前叶(23]。
Envenomated由P。puparum毒液,一个圆形的外观没有伪足,凝聚染色质和损失plasmatocytes观察线粒体的等离子体膜的破裂和“凝结”粒细胞的染色质是显而易见的P。rapae(24]。然而,没有明显的细胞骨架在细胞类型的变更。它是不同的水sonorensis(膜翅目:姬蜂科)Cotesia rubecula(膜翅目:茧蜂科)。被这两种寄生蜂寄生后,宿主通过姬氏细胞骨架活跃刚才中断的蛋白质(25- - - - - -27]。然而,rt - pcr(逆转录聚合酶链式反应)分析表明,肌动蛋白的转录,肌动蛋白解聚因子,和微管蛋白基因P。rapae都是表达下调,p . puparum梭梭(28),这意味着会有活性的蛋白质的毒液P。puparum能够调节通过姬氏细胞骨架基因表达。
后P。puparum梭梭、血球死亡率在寄生寄主蛹明显高(18]。同样,注入毒液主机显著降低主机plasmatocytes和粒细胞的可行性29日]。拟寄生物毒液的毒性效应是通过产生细胞毒性分子。几个这样的物质与寄生已确定(16]。
血球传播和封装反应抑制通过休眠期和毒液显微镜下注射18,29日,30.]。在在体外化验,毒液P。puparum也显示低活性抑制等违背自然的主机的传播和生存能力Spodoptera litura(鳞翅目:科),有明显(双翅目蝇科)Sarcophaga peregrina(鳞翅目:科)、高能力阻止Tn-5B1-4细胞来源于蔓延Trichoplusia倪(鳞翅目:科),Ha细胞来源于高细胞毒性Helicoverpa armigera(鳞翅目:科)(31日]。但是,P。rapae通过姬氏明显更敏感与nonhosts毒液相比之下。这是同意Euplectrus plathypenae,Bracon hebetor,Nasonia vitripennis和Pimpla hypochondriaca毒液,有毒物种定义特定的范围(32- - - - - -35]。
到目前为止,负责这些细胞免疫效应的分子机制P。puparum毒液一直不清楚。利用差减杂交技术,宿主基因编码的蛋白质参与了昆虫细胞免疫反应和/或异物识别外源凝集素等革兰氏阴性结合蛋白,calreticulin,清道夫受体改变回应P。puparum毒液注入(30.,36]。这表明监管的P。rapae细胞免疫相关基因可能的分子机制之一P。puparum毒液抑制宿主细胞免疫反应。
2.2。体液免疫
昆虫体液免疫反应包括酶促级联控制血淋巴黑化作用和凝固,抗菌肽的合成和生产活性氧和活性氮物种的37]。众所周知,激活prophenoloxidase扮演着一个重要的角色在血淋巴黑化作用对入侵微生物和寄生虫真核(38]。Endoparasitoids必须花费其宿主的血腔内不成熟的阶段,因此易受体液免疫反应包括phenoloxidase-dependent黑化作用。减少化酵素活动经常被观察到在主机由膜翅目的昆虫寄生黄蜂(39,40]。梭梭的P。puparum随后抑制血淋巴黑化作用能力的P。rapae和P。苏托斯蛹(30.,41]。Asgari et al。42)报道,Cotesia rubecula使用毒液蛋白(Vn50丝氨酸蛋白酶同族体)阻止黑化作用的反应p . rapae主机通过干扰prophenoloxidase激活通过互动与这种酶或PPO-activating蛋白酶。我们发现P。puparum毒液可以下调prophenoloxidase串级系统通过直接干扰转录水平的基因编码的蛋白质如prophenoloxidase激活酶、血淋巴蛋白酶和serpin。但确切的抑制机制仍有待发现。在一个常规免疫的概念,微生物细胞被认为是宿主细胞需要消除病原体通过抗菌先天免疫(43]。从这个角度来看,梭梭引起伤口宿主身上,将是极其危险的。显然,它的生存和发展是不利的寄生虫。然而,endoparasitoids进化处理这个问题的有效手段。例如,抗菌肽的表达或抗真菌肽果蝇感染后引起的幼虫和蛹的拟寄生物(44]。等离子体溶菌酶的活动Heliothis virescens(鳞翅目:科)是减少水sonorensis(膜翅目:姬蜂科)寄生幼虫(45]。寄生后P。puparum、抗菌活性的寄生宿主的血淋巴变得更强比nonparasitized [46]。几个潜在的抗菌分子的转录水平包括cecropin,溶菌酶,attacin, lebocin,脯氨酸AMP, cysteine-rich肽,gallerimycin,免疫诱导肽减少通过姬氏或主机注射脂肪体P。puparum毒液,主机溶菌酶的活性表达下调的梭梭(30.]。此外,更高的红细胞凝集活性P。puparum寄生寄主血淋巴的受伤和nonparasitized也观察到(46]。这些数据表明,P。puparum梭梭诱发体液免疫反应调节。
2.3。内分泌调节
Endoparasitoids和宿主显示非凡的发展同步47,48]。宿主的生长、发育、繁殖和免疫防御反应是被联合行动的保幼激素(JH)、保幼激素酯酶(JHE),蜕皮激素,prothoracicotropic激素(49]。因此,宿主激素应该协调发展的不成熟的拟寄生物。内分泌水平的变化在寄生宿主广泛记录在许多parasitoid-host系统(50]。寄生的P。puparum或其venom-microinjection导致增加了JH三世效价,和蜕化类固醇效价和JHE活动减少P。rapae蛹血淋巴(51]。这表明,毒液就拟寄生物黄蜂积极会打乱其宿主正常的内分泌程序的这个拟寄生物所使用的策略实现成功发展的主机。
2.4。新陈代谢
拟寄生物的定性和定量调节宿主的营养水平(碳水化合物、蛋白质、脂质等)的新陈代谢从主机获取营养需求52,53]。许多研究报道,主机是一种寄生黄蜂新陈代谢可以由母体因素。宿主的代谢改变蛋白质、脂类、氨基酸和所致P。puparum梭梭和毒液54]。血淋巴可溶性蛋白质的水平P。puparum毒液注入P。rapae和P。苏托斯蛹明显增加,而可溶性蛋白质含量的脂肪体在休眠期或减少毒液注入。寄生的血淋巴总脂质含量和毒液注入蛹显著降低,而在脂肪体并没有改变。P。puparum梭梭诱导的减少总氨基酸的效价P。rapae蛹血淋巴,特别是对脂肪族氨基酸。我们发现的转录水平arylphorin-type存储蛋白mRNAP。rapae寄生蛹脂肪体是诱导反应P。puparum(55]。它可能导致交替arylphorin效价P。rapae血淋巴休眠期之后。休眠期后P。puparum,一些与能量代谢相关的蛋白质的等离子体宿主差异表达,转录水平和诱导的寄生(41,56]。这些结果提供了一个了解这个拟寄生物毒液的毒性调节宿主的代谢。
3所示。毒液成分
3.1。生化性质
拟寄生物毒液是一种复杂的混合物,在20多个物种的特征。这些研究表明,拟寄生物毒液是酸性含不仅蛋白质低分子质量(少于5 kDa)还蛋白质高分子质量(超过100 kDa) (8,57]。尽管所有的拟寄生物毒液分析到目前为止表现出高分子蛋白质,一些物种缺乏低分子蛋白质等Chelonussp.附近curvimaculatus(膜翅目昆虫:茧蜂科),Bracon hebetor(膜翅目昆虫:茧蜂科)Apanteles glomeratus(膜翅目昆虫:茧蜂科)缺乏毒液蛋白质分子质量较小的30,20日和18 kDa,分别6]。丰富的蛋白质组成P。puparum毒液范围从14.4 kDa 116.0 kDa,无数多肽低于14.4 kDa和一些蛋白质高于116.0 kDa存在(12,31日]。在二维凝胶,多数的拟寄生物的毒液蛋白从4到7展示主要酸性性质,类似于其他寄生黄蜂的同行(58]。
3.2。酶
有各种各样的酶存在于拟寄生物毒液(6,8,57,59]。在P。puparum毒液、酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、磷酸二酯酶、磷脂酶、酯酶、蛋白酶、丝氨酸蛋白酶,精氨酸激酶,aminotransferase-like毒液蛋白,丝氨酸蛋白酶同族体检测(36]。其中,酸性磷酸酶的最佳pH值和温度4.8和45°C,分别为(60]。碱性磷酸酶是温度依赖性和二价阳离子的影响(61年]。完整长度的酸性磷酸酶、碱性磷酸酶和精氨酸激酶被克隆。他们共享高身份从其他昆虫同行。此外,他们的转录似乎发展相关,表明这三个毒液酶可能与女性生殖有关(58,60,61年]。所有的功能都没有详细调查。我们推测,它们可能是与同行相似的生物活性报道其他天敌毒液或其他昆虫的器官。除了上述毒液酶,很多其他人如化酵素,metalloprotease, aspartylglucosaminidase,谷酰基转肽酶,几丁质酶已报告从其他拟寄生物毒液(62年- - - - - -72年]。他们中的一些人将会出现在毒液的P。puparum,但有些可能不存在。酶的多样性出现在毒液可能反映以及特异性和扮演重要角色在每个host-parasitoid交互以及毒液新陈代谢的拟寄生物(57]。
3.3。毒液肽/蛋白
除了酶外,越来越多的原始肽和蛋白质在膜翅目昆虫寄生的毒液已报告。在Pimpla hypochondriaca(膜翅目:姬蜂科)毒液,Cys-rich毒液蛋白1,2,4,6,蛋白酶抑制剂,Cys-rich毒液蛋白3和5个类似,pimplin致命的瘫痪,VPr3已知antihemocyte聚合分离(73年- - - - - -75年]。Vn1.5必要刚才基因的表达在主机通过姬氏Vn4.6 Vn50干扰宿主prophenoloxidase激活抑制黑化作用的级联,和calreticulin防止毒液中包含的发展中拟寄生物的封装Cotesia rubecula(膜翅目:茧蜂科)(42,76年- - - - - -78年]。P4蛋白与免疫抑制功能和serpin (LbSPNy)据报道,抑制血淋巴中的阿宝级联的毒液Leptopilina boulardi(膜翅目:环腹峰科)(79年,80年]。毒液的Microctonus aethiopoides(膜翅目:茧蜂科)米。hyperodae(膜翅目:茧蜂科)、calreticulin热休克蛋白,icarapin, tetraspanin,铁蛋白,TEGT, VG3), VG10确认72年]。许多已知和未知的蛋白质如calreticulin、几丁质结合蛋白质像毒液蛋白抗原五喜欢蛋白质,C1q-like毒液蛋白,普通气味结合蛋白质像毒液蛋白,低密度脂蛋白受体毒液蛋白和毒液蛋白Z D在场的毒液Nasonia vitripennis(膜翅目:金小蜂科)(81年]。在P。puparumcalreticulin毒液蛋白、热休克蛋白70被确定58]。即使我们没有调查calreticulin在毒液的生理功能P。puparum,我们认为这是候选人antihemocyte活动这样的毒液C。rubecula(78年]。Hsp70在分子细胞生物学的监护人行为在许多方面。Hsp70的具体函数的拟寄生物毒液并不理解。此外,Vn.11毒液蛋白24.1 kDa的大小是孤立的P。puparum,就是能抑制宿主通过姬氏的传播行为和封装能力(82年]。
3.4。抗菌肽
已搜索了许多抗菌药物,从蛇的特点,蜜蜂,大黄蜂,蚂蚁、蜘蛛和蝎子毒液(83年,84年]。最近,的毒液P。hypochondriaca和Diadromus collaris(膜翅目:姬蜂科)被发现与抗菌活性(85年,86年]。一个defensin-like抗菌肽纯化和毒液的特点N。vitripennis施加强大的抗菌活性,对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性菌和真菌(87年]。一些新颖的抗菌肽基因筛选的毒液装置P。puparum(88年]。和一些抗菌肽也从这个拟寄生物的毒液纯化(未公开的数据)。这些抗菌肽具有广阔的利用可能有独特的功能。
4所示。结束语
本文总结了毒液的进步和见解P。puparum可用的更新。虽然已经取得了很大的进步在描述其生理功能和组成,我们的信息仍然是微薄的。在不久的将来,毒液蛋白的分子机制探索操纵主机可以预期。还需要更多的研究来确定标识的毒液的生物活性多肽/蛋白质。同样,研究发现小说多肽/蛋白质存在于这个拟寄生物毒液会产生有趣的结果与生物信息学和蛋白质组学的发展。继续研究可望获得杀虫基因或药物制剂用于生物防治或医学领域。
确认
金融支持是由中国国家杰出青年科学基金(批准号31025021),中国国家创新研究群体科学基金的生物防治(批准号31021003),国家自然科学基金(批准号30971959),浙江省自然科学基金(批准号Z3090191)和中国教育部重点项目(批准号211171)。