A mikroRNS-ek alakítják a szociális immunitást: potenciális célpont a termeszek Reticulitermes Chinensis biológiai védekezésére

Absztrakt

Az euszociális rovarok különféle viselkedési és fiziológiai betegségek elleni védekezést alkalmazhatnak, hogy elkerüljék, ellenálljanak és tolerálják a kórokozó fertőzéseket szorosan rokon és tömörült kolóniáikban, amelyet szociális immunitásnak neveznek. A közelmúltban végzett tanulmányok kimutatták, hogy számos molekula szolgálja a rovarok szociális immunitását, beleértve a kémiai szagokat, a rovarmérgeket, az immunrendszerrel kapcsolatos fehérjéket stb. Azonban, hogy a mikroRNS-ek (miRNS-ek), amelyek prekurzorait a Dicer feldolgozza-1, befolyásolják-e, és ha igen, hogyan. a rovarkolóniák immunitása még mindig nem ismert. Itt egy „gazda-patogén” rendszert (gazda: Reticulitermes chinensis; kórokozó: Metarhizium anisopliae) használtunk, hogy feltárjuk a miRNS-ek hatását a termeszkolóniák társadalmi immunitására. Megállapítottuk, hogy a Dicer-1 RNSi által közvetített elnémítása a miRNS-koncentráció csökkenéséhez vezetett, jelentősen gátolta a szénhidrát- és energia-anyagcserét, és hatással volt más életfolyamatokra, például az immunválaszra és az oxidációs-redukciós reakciókra a termeszek egész testében. . Viselkedési védekezésben a Dicer-1 elhallgattatása jelentősen csökkentette a védekező szociális viselkedéseket, például a mozgást, az ápolást, a kannibalizmust és a termeszcsoportokba való temetést, amikor gombás fertőzéssel találkoztak. Fiziológiás védekezésben a Dicer-1 csendesítés és a miR- 71-5 stimuláció jelentősen csökkentette a termeszek gombaellenes aktivitását. Ezenkívül mind a Dicer-1-csendesített, mind a miR-71-5 stimulánsokkal kezelt termeszcsoportok magas mortalitást mutattak a gombás fertőzések során. Eredményeink bebizonyították, hogy a miRNS-ek fontos szerepet játszanak a termesz kolóniák társadalmi immunitásának kialakításában, betekintést nyújtva a rovarok viselkedési és fiziológiai betegségvédelmének hátterében rejlő lehetséges mechanizmusok megértéséhez, és ezzel megalapozva a miRNS-alapú kártevőirtást.

cistanche tubulosa – erősíti az immunrendszert

Kulcsszavak Euszociális rovar · Entomopatogén gombák · Betegség elleni védekezés · Kockavágó-1 · miR-71-5

Kulcsüzenet

• A miRNS-ek a szociális immunrendszerrel kapcsolatos génexpressziókat közvetítették.

• A miRNS-ek befolyásolták a viselkedési betegségek elleni védekezést termeszek csoportokban.

• A miRNS-ek befolyásolták a termeszek fiziológiás betegségvédelmét.

• A miRNS-alapú termiticidek a biológiai kártevőirtás újszerű lehetőségeinek tekinthetők.

Bevezetés

A termeszek gazdaságilag fontos kártevők, világszerte 30 milliárd dollárba kerülnek, és globális károkat okoznak a termésben, fákban, faszerkezetekben és cellulózanyagokban. A kémiai peszticidek hatékony védekezési lehetőséget biztosítanak a termeszek kártevői ellen, de komoly problémákat is okoznak, veszélyeztetve az emberi egészséget és a környezetet. A biológiai védekezés értékes alternatíva, amely képes kezelni ezeket a problémákat. Számos entomopatogén, például a Metarhizium és a Beauveria sikeresen alkalmazható biológiai kártevők elleni védekezésre, ami ésszerű és hatékony (Verma et al. 2009; Kumar és Upadhyay 2021). A termeszek biológiai védekezése azonban nem kielégítő, elsősorban a termeszkolóniák egyedi betegségvédelme miatt. A termeszek, mint euszociális rovarok, kollektív viselkedési és egyéni fiziológiai védekezést fejlesztettek ki, hogy ellensúlyozzák a fertőző kórokozók terjedésének magas kockázatát a szorosan összetömörödött és szorosan rokon fészektársak között ("társadalmi immunitásnak" nevezik) (Van Meyel et al. 2018; Liu et al. . 2019a). Jól dokumentált, hogy a termeszek a viselkedési védelem széles repertoárját alkalmazzák: az elkerülés az első védelmi vonal, és segít megelőzni a termeszek szennyezett területekre való bejutását (Yanagawa et al. 2015); a riasztási viselkedést gyors hosszanti oszcillációs mozgással mutatják ki, hogy figyelmeztessék a fészektársakat a kórokozók jelenlétére (Rosengaus et al. 1999); a kórokozókkal szennyezett fészektársak felé történő ápolás hatékonyan eltávolíthatja a kórokozókat a fészektárs kutikulából (Liu et al. 2019b); a temetkezési és kannibalista viselkedés korlátozza a kórokozók terjedését a holttestekről a fogékony fészektársakra (Sun et al. 2016). A fiziológiai válaszok, például az immunválaszok és az oxidációs-redukciós reakciók szintén a termeszek elleni védekezést szolgálják. Az immunválaszok közé tartoznak a humorális immunitás által közvetített antimikrobiális peptidek (AMP) és a celluláris immunitás által közvetített fagocitózis és kapszulázás, amelyek képesek gátolni a kórokozók replikációját és terjedését a rovar testüregében (Hussain et al. 2013; Liu et al. 2015; Lopez-Uribe és mtsai 2016; Hong és mtsai 2018). Az oxidációs-redukciós reakciók mérséklik a toxinok és a reaktív oxigénfajták (ROS) által okozott károkat a kórokozó fertőzések során, hozzájárulva a rovarok toleranciájához (Liu és mtsai. 2015; Zhao et al. 2020; Zhou et al. 2021). Ezenkívül a termeszek betegség elleni védekezésével kapcsolatos korábbi tanulmányok kimutatták, hogy egyes bélszimbionták fontos összetevői voltak a gazdaszervezet fiziológiai védelmének (Rosengaus és mtsai, 2014). Egyes AMP-k külső fertőtlenítőszerként alkalmazhatók a kutikula felületén és a fészek anyagokban, ha olyan viselkedésekkel együtt járnak, mint az ápolás és a fészekrakás (Bulmer és mtsai. 2009; Hamilton és Bulmer 2012). Ezért a termeszek viselkedési és fiziológiai védekezésének gyengítése lehet a kulcsfontosságú lépés a termeszek biokontroll hatásának fokozása érdekében.

A cistanche előnyei a férfiak számára – erősítik az immunrendszert

Kattintson ide a Cistanche Enhance Immunity termékek megtekintéséhez

【Kérjen többet】 E-mail:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

A szociális immunitás molekuláris alapjáról egyre több tanulmány számolt be. Számos molekulát, köztük kémiai szagokat, külső váladékokat, antibiotikumokat, immunfehérjéket és a rovarok viselkedési és fiziológiai védekezését szolgáló kemoreceptorokat azonosítottak többféle omika technikával és gáz/folyadék kromatográfiás tömegspektrometriával (Seipke et al. 2011; Hussain et al. 2013; Terrapon és mtsai 2014; Liu és mtsai 2015; Sun és mtsai 2016; He et al. 2018). A termeszcsoportokban a kórokozóktól származó dohos szag fokozza az ápolási viselkedést (Yanagawa et al. 2011). A termeszek holttesteiről származó haláljelzések kannibalizmust vagy temetkezési viselkedést váltanak ki (Sun et al. 2016). A homlok- és nyálmirigyek külső váladéka, valamint a hasznos mikroorganizmusok által közvetített antimikrobiális aktivitás segíti a termeszeket önmaguk, fészektársak, sőt kolóniák védelmében (Bulmer et al. 2009; Rosengaus et al. 2000, 2014; Chouvenc et al. 2013). A rovarok szociális immunitását elősegítő genetikai és biokémiai mechanizmusokhoz RNSi és génszerkesztési technológiák használhatók. Kimutatták, hogy termeszek esetében a termecin, a Gram-negatív kötőfehérje 2 (GNBP2), a szelénkötő fehérje és a transzglutamináz (TG) gének RNSi által közvetített elnémítása jelentősen csökkenti a termeszek gombaellenes aktivitását, és ezáltal növeli a fertőzések okozta mortalitást (Hamilton). és Bulmer 2012; Zhao és mtsai 2020; Zhou és mtsai 2021). Az izocitrát-dehidrogenáz (IDH) befolyásolhatja a termeszek anyagcseréjét, és diszregulációja fokozott apoptotikus elváltozásokat idéz elő, ami magas szintű fertőzésekhez és mortalitásokhoz vezet (Liu et al. 2020). Ezenkívül a GNBP2 és a TG a termeszek viselkedési védelmét is szolgálja, befolyásolva a kannibalista, illetve az ápoló viselkedést (Zhao és mtsai 2020; Esparza-Mora és mtsai 2020). A szociális immunitás molekuláris alapjait azonban még világosan meg kell érteni, különösen azt a molekuláris mechanizmust, amely a fertőző kórokozókra adott válaszként a bonyolult szociális viselkedést irányítja. Ezenkívül a szociális immunitás genetikai és biokémiai mechanizmusa a rovarok szociális immunitását hajtó kódoló RNS-re összpontosít, de még mindig nem tisztázott, hogy a nem kódoló RNS-ek, például a miRNS-ek részt vesznek-e a rovarok szociális immunitásának szabályozásában.

A Dicer-1, egy RNáz III endonukleáz nélkülözhetetlen a miRNS bioszintézis utolsó lépésében. A miRNS-ek endogén, 18-25 nt-os, nem kódoló RNS-ek, amelyek negatívan szabályozzák a génexpressziót a poszttranszkripciós szinten azáltal, hogy bázispárosulnak a miRNS-ekben lévő magrégió és a cél-mRNS-ek illesztett régiója között (Gomez-Orte és Belles 2009; Wang et al. 2013; Yang és mtsai 2014; Lucas és mtsai 2015). Mivel a miRNS-termelés a Dicer-1-tól függ, a miRNS-ek rovarok biológiai folyamatainak modulálásában betöltött funkciója a Dicer-1 funkcionális veszteségei alapján tanulmányozható. A gyümölcslegyek Dicer-1 mutánsainak felhasználásával bebizonyosodott, hogy a miRNS-ek működnek az embriogenezisben és a szagló neuronok morfogenezisében (Lee és mtsai. 2004; Berdnik és mtsai. 2008). A Dicer-1 RNSi által közvetített elnémításával a kutatók igazolták, hogy a miRNS-ek kulcsszerepet játszanak a rovarok – például a csótányok és sáskák – metamorfózisának fejlődési folyamatainak szabályozásában (Gomez-Orte et al. 2009; Wang et al. 2013). Ezenkívül a miRNS-ek részt vesznek a rovarok viselkedésének módosításában is. A miR-8 és a miR-429 a BrZ2 expressziójának közvetlen szabályozásával szabályozza a vírus által kiváltott mászási viselkedést gyapotbagolyférgekben (Zhang et al. 2018). A miR-133 szabályozza a dopamin szintézist, és ezáltal gátolja a viselkedési aggregációt a sáskában (Yang et al. 2014). A miRNS-ek rovarfiziológiában és viselkedésben betöltött szerepére vonatkozó bizonyítékok alapján célul tűztük ki a miRNS-ek hatásának meghatározását a termeszek fiziológiájára és a társadalmi immunitásban szerepet játszó viselkedésre egy „gazda-patogén” rendszer (gazda: Reticulitermes chinensis; kórokozó: Metarhizium) segítségével. anisopliae). Vizsgálatunk főként a szociális immunitás kutatásának három aspektusát foglalta magában: a miRNS-ek hatása (1) a szociális immunitást mozgató in vivo molekulákra; (2) a viselkedési védekező válaszreakciók, mint például a gombával szennyezett területeken való mozgás, a gombával fertőzött fészektársak felé való ápolás és a gombával fertőzött holttestek felé történő kannibalizmus/temetés; és (3) a fiziológiás védekezési válasz, például gombaellenes aktivitás. Továbbá teszteltük a miRNS diszreguláció hatását a gombával szennyezett termeszek mortalitására, hogy értékeljük a miRNS-ek hatását a termeszek biológiai kontrolljára. Vizsgálatunk feltárta a viselkedési és fiziológiai betegségek elleni védekezés mögött meghúzódó lehetséges mechanizmusokat és a kártevők elleni védekezés új célpontjait.

cistanche tubulosa – erősíti az immunrendszert

Anyag és módszerek

Termeszek

Vizsgálatunkban minden kísérleti termesz a R. chinensis termesz munkása volt. Ezeket a kínai Hubei tartományban, Wuhan városában lévő Shizi Hillről gyűjtötték össze. A termeszeket kis fenyőtömböket tartalmazó műanyag edényekben (40×20×20 cm) neveltük laboratóriumban 25±1 fokos hőmérsékleten, 80%-os relatív páratartalom mellett és 24 órás sötétségben.

Entomopatogének, szennyezett termeszek és holttestek

Az entomopatogén M. anisopliae gombát (IBCCM321.93 törzs) burgonya dextróz agaron (PDA) tenyésztettük 2 hétig 25±1 fokos hőmérsékleten, 80% relatív páratartalom mellett és 24 óra sötétben. A gombás konídiumokat 1% Tween 80 alkalmazásával szuszpendáltuk, és 4 fokos hőmérsékleten tároltuk maximum 3-4 hétig. Minden kísérlet előtt megvizsgáltuk a konídiumszuszpenzió csírázását. Azt találtuk, hogy a termeszek szennyezésére használt konídiumszuszpenzió csírázási aránya több mint 90%. Gombával szennyezett termeszek előállításához a termeszek hasát pipettával (0,1-2,5 μL, Transferpette) 0,3 μl konídiumszuszpenziócseppel (108 konídium/ml) szennyeztük. Ezután a gombával szennyezett termeszeket azonnal 4 fokra hűtöttük egy órára, hogy megakadályozzák mozgásukat, és gombás konídiumokat csapjanak ki a kutikulákon (Liu et al. 2015). A gombával szennyezett holttestek elkészítéséhez a termeszeket egy 1,5 ml-es centrifugacsőbe gyűjtöttük, majd folyékony nitrogénben 20 másodpercig lefagyasztottuk, hogy elpusztítsák a termeszeket. A tetemeket a konídiumszuszpenzióba merítettük (108 konídium/mL), majd nedves szűrőpapírral ellátott steril Petri-csészébe helyeztük 0 és 2 napos tenyésztésre (Sun et al. 2016).

A dsRNS és a miRNS-szimuláns szintézise

A Dicer-1 fragmentumot (1697 bp; Kiegészítő anyag 1-S1 szöveg) specifikus primerekkel amplifikáltuk (előre: 5′-CTG CGA CAG ATC ATT GCA CG-3′; fordított: 5′ -CAC TGG CTG TTT TGG CAC TC-3′), és PCR termékeiket az AxyPrepTM DNS Gel Extraction Kit (Axygen Scientific, USA) segítségével tisztították, a pMD 18-T vektorba (TaKaRa, Japán), majd kémiailag kompetens DH5 sejttel (Tsingke Biotechnology, Kína) transzformálták. Egyetlen kolóniát ampicillint tartalmazó lizogén táptalajból (LB) küldtünk a Tsingke Biotechnology Co. Ltd.-hez szekvenálás céljából. A szekvencia-illesztés azt mutatta, hogy a fragmentumunk Dicer-1 volt. A T7 promóter szekvenciát (5′-GGA TCC TAA TAC GAC TCA CTA TAG G-3′) hozzáadtuk a Dicer-1 amplifikációs primereinek 5′ végéhez (519 bp; előre: 5′ -GTG ATG CTG GAG TTG GGT TT-3′; Hátra: 5′-AGA ATG AGT CGC CCA ATG TC-3′) és GFP (467 bp; Előre: 5′-CTT GAA GTT GAC CTT GAT GCC-3′; Fordított: 5′-TGG TCC CAA TTC TCG TGG AAC- 3′) dsRNS-sablonok (Kiegészítő anyag 1-S1 szöveg). A dsRNS templátok PCR termékeit hidroxibenzol/kloroform/izoamil-alkohol (25:24:1) eleggyel extraháltuk (Solarbio, Kína). A dsRNS-t T7 RNAi Transcription Kit (Vazyme Biotech, Kína) segítségével állítottuk elő, majd hidroxi-benzol/kloroform/izoamil-alkohol (50:49:1) (Solarbio) eleggyel tisztítottuk. Végül a dsRNS-t agaróz gélelektroforézis és NanoDrop 2000 (Thermo Scientific, USA) segítségével értékeltük, és 80 °C-on tároltuk.

A miR-71-5 szimuláns egy kis, kétszálú RNS volt, amelyet a miR-71-5 szekvencia szerint terveztek (21 nt, Kiegészítő anyag 1-S1 szöveg). A miR-71-5 szimuláns templátja két kettős szálú DNS-ből állt, amelyek a T7 promotert tartalmazták: az egyiket az A1 oligonukleotid (5'-GAT CAC TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGT GAA AGA CAT GGG TAA TGA GAA A -3′) és A2 oligonukleotid (5′-TTT CTC ATT ACC CAT GTC TTT CAC CCT ATA GTG AGT CGT ATT AGT GAT C-3′) touchdown PCR segítségével; a másikat a B1 oligonukleotid (5′-GAT CAC TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGT CTC ATT ACC CAT GTC TTT CAA A-3′) és a B2 oligonukleotid (5'-TTT GAA AGA CAT GGG TAA TGA GAC CCT ATA GTG AGT CGT ATT AGT GAT C-3′) touchdown PCR segítségével. A GFP-szekvencia (19 nt, Kiegészítő anyag 1-S1 szöveg) szerint egy kontroll-szimulánst terveztünk. A kontroll szimuláns templátját két, a T7 promotert tartalmazó kettős szálú DNS is megszerezte: az egyiket a C1 oligonukleotid hozta létre (5'-GAT CAC TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGG CAA GCT GAC CCT GAA GTT AA{33} }′) és C2 oligonukleotid (5′-TTA ACT TCA GGG TCA GCT TGC CCC TAT AGT GAG TCG TAT TAG TGA TC-3') touchdown PCR-rel; a másikat a D1 oligonukleotid (5′-GAT CAC TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGA ACT TCA GGG TCA GCT TGC AA-3′) és a D2 oligonukleotid (5'-TTG CAA GCT GAC CCT GAA GTT CCC TAT AGT GAG TCG TAT TAG TGA TC-3′) touchdown PCR segítségével. A miR-71-5 és a kontroll-szimulánsokat T7 RNAi Transscription Kit segítségével állítottuk elő, majd hidroxi-benzol/kloroform/izoamil-alkohol (50:49:1) eleggyel extraháltuk. A kivonatot agaróz gélelektroforézissel és NanoDrop 2000 készülékkel értékeltük, és -80 °C-on tároltuk.

A cistanche előnyei a férfiak számára – erősítik az immunrendszert

dsRNS táplálás

A termeszeket 12 órán keresztül éheztették, mielőtt etették volna (Zhou és mtsai 2008; Hamilton és Bulmer 2012). Összesen 18 termeszt helyeztünk egy sejt Petri-csészébe (D =35 mm) egy darab szűrőpapírral (D =18 mm), amelyet megnedvesítettünk 60 µl RNáz-mentes vízzel, amely 80 ug-ot tartalmaz. dsDicer-1, 80 ug dsGFP, 60 ug miRNS-szimuláns vagy 60 ug kontroll-szimuláns. A Dicer-1 dsRNS-táplálási biológiai tesztekhez a kísérletek előtt 24 órán keresztül hagytuk, hogy a termeszek lenyeljék a megnedvesített papírt. A GFP-vel kezelt termeszeket kontrollnak tekintettük. A miRNS-szimuláns etetési biológiai tesztekhez a termeszek a kísérletek előtt 48 órán keresztül lenyelték a megnedvesített papírt. A kontroll-szimulánssal kezelt termeszeket kontrollnak tekintettük.

RT-qPCR

Három telepből öt vagy hat ismétlést használtunk a génexpresszióhoz RT-qPCR alkalmazásával. Replikátumonként és kezelésenként három termeszt egyesítettünk a teljes RNS extrakcióhoz a Direct-zol™ RNA Miniprep Kit (Zymo Research, USA) segítségével. Az extrahált RNS tisztaságát és koncentrációját NanoDrop 2000 segítségével határoztuk meg. Az RNS-t a PrimeScript™ RT Reagent Kit és gDNA Eraser (Perfect Real Time) segítségével cDNS-vé alakítottuk (Takara, Japán). Az RT-qPCR-t QuantStudio™ 3 Real-Time PCR rendszerrel (Thermo Scientific) végeztük a ChamQ Universal SYBR qPCR Master Mix (Vazyme Biotech) segítségével. A konkrét primerek a Kiegészítő anyagok 2-S1 táblázatában találhatók.

miRNS koncentráció

A miRNS-ek koncentrációjának meghatározásához három kolóniából hat ismétlést használtunk MiPure Cell/Tissue miRNA Kit (Vazyme Biotech, Kína) segítségével. Replikátumonként és kezelésenként három termeszből összegyűjtöttük a miRNS-eket. Az extrahált miRNS-ek tisztaságát és koncentrációját NanoDrop 2000 segítségével határoztuk meg.

De novo szekvenálás és transzkriptomanalízis a számára

Fifteen termites from three colonies per treatment were pooled for total RNA extraction using TRIzol Reagent (Invitrogen Life Technologies, USA). The concentration, quality, and integrity of the total RNA were determined using a NanoDrop spectrophotometer (Thermo Scientific). Sequencing libraries were generated using the TruSeq Stranded mRNA Sample Prep Kit (Illumina, USA) and sequenced on a HiSeq platform (Illumina) by Shanghai Personal Biotechnology Cp. Ltd. (China). Sequencing data were filtered by Cutadapt (v1.15) software. For the transcriptome sequencing project without a reference genome, Trinity (v2.5.1) software was used to montage clean reads for the transcripts for later analysis. NR (NCBI non-redundant protein sequences), GO (Gene Ontology), KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genome), Egg NOG (Evolutionary genealogy of genes: Non-supervised Orthologous Groups), and Swiss-Prot databases were used for gene functional annotation. Furthermore, DESeq (1.30.0) was used to analyze the differentially expressed genes under the condition of |log2FoldChange(FC)|>1. és p<0.05. The genes were then mapped to GO terms, and the terms with significant enrichment were calculated by hypergeometric distribution under the condition of p<0.05 to reveal the possible functions of the candidate genes. Additionally, the genes were mapped to KEGG pathways to determine their possible functions. 

cistanche tubulosa – erősíti az immunrendszert

Mozgás

Három kolóniából származó kilenc ismétlést elemeztek, hogy összehasonlítsák a Dicer{0}}csendesített és a GFP-vel kezelt termeszek mozgási távolságát. A dsDicer-1 vagy dsGFP egynapos orális etetése után ismétlésenként és kezelésenként egy termetet helyeztünk egy új sejt-Petri-csészébe (D =90 mm) a konídiumszuszpenzióval megnedvesített szűrőpapírral. (108 konídium/ml). Ezután fekete jelölővel nyomon követtük a termesz mozgását egy átlátszó fedőn 10 másodpercig. A mozgási távolságot rácspapírral (1×1 mm) mértük.

Ápolás

Három kolóniából származó kilenc ismétlést elemeztek, hogy összehasonlítsák a Dicer{0}}csendesített és a GFP-vel kezelt termeszek ápolási viselkedésének számát. Egy napos dsDicer-1 vagy dsGFP szájon át történő etetése után ismétlésenként és kezelésenként három termeszt helyeztünk egy új sejt Petri-csészébe (D =35 mm) egy darab nedves szűrőpapírral (D{{). 4}} mm), majd gombás konídiumokkal (108 konídium/ml) szennyezett. A viselkedést 15 percig videofelvétellel rögzítették HD digitális fényképezőgéppel (SONY, Japán). A videókat 10 másodpercenként átvizsgálták, hogy megfigyeljék, előfordul-e ápolási viselkedés (a termeszek szája a fészektárs teste felé) a gombával szennyezett termeszek között.

Emberevés

Három kolóniából származó kilenc ismétlést elemeztek a Dicer{{0}} és a GFP hatására a gombával szennyezett holttestekkel szembeni kannibál viselkedésre. Ismétlésenként hat termeszt helyeztünk egy sejt Petri-csészébe (D=35 mm) egy darab nedves szűrőpapírral (D=18 mm), amely dsDicer-1-ot vagy dsGFP-t tartalmazott. Egy napig dsRNS-t kaptak szájon át, majd egy gombával fertőzött, 0 napig inkubált holttestet helyeztek a Petri-csészébe, ahol a hat kezelt termesz felnevelődött. Egy napos közös nevelés után a gombával fertőzött holttestet vagy teljesen megette (magas teszteredmény=2), részben megette (alacsony teszteredmény=1), vagy nem evett (nincs teszteredmény{10) }}) (Kiegészítő anyag 1-S1 ábra) a hat termesztől.

Temetés

Két kolóniából származó kilenc ismétlést elemeztek a Dicer-1 és a GFP hatásának megállapítására a gombával szennyezett holttestek temetkezési viselkedésére. Ismétlésenként hat termeszt helyeztünk egy sejt Petri-csészébe (D=35 mm) egy darab nedves szűrőpapírral (D=18 mm), amely dsDicer-1-ot vagy dsGFP-t tartalmazott. Egy napig kaptak dsRNS-t orálisan. Ezután egy gombával fertőzött holttestet 2 napig inkubáltunk, és talajt adtunk a Petri-csészébe, amelyben a hat kezelt termesz felnevelődött. Egy napos közös nevelés után a gombával szennyezett holttestet vagy teljesen eltemették (magas teszteredmény{8}}), részben elásták (alacsony teszteredmény=1), vagy nem temették el (nincs teszteredmény{10). }}) (Kiegészítő anyag 1-S2 ábra) a hat termesztől.

Gombaellenes tevékenység

Három kolóniából származó hat ismétlést elemeztek a Dicer{{0}} és a miR-71-5 hatására a termeszek gomba növekedést gátló képességére. Ismétlésenként és kezelésenként öt termeszt összegyűjtöttünk, folyékony nitrogénnel összetörtük, majd feloldottuk 100 μl 0,9%-os sóoldatban. A homogenizátumot 6000xg-vel centrifugáltuk 5 percig 4 fokon, így 80 μl felülúszót kaptunk. Ezután a felülúszót ismét centrifugáltuk, így 50 µl felülúszót kaptunk. A gombaellenes hatás érdekében 96-lyuk mikrolemezt használtunk a minták, a növekedési kontrollok és a standard vakpróbák abszorbanciájának mérésére a gomba növekedésének csökkenésének kiszámításához: (1) 50 μl burgonya dextróz (PD), 2 A mintához µl gombakonídiumokat (108 konídium/ml) és üregenként 5 µl felülúszót kevertünk össze; (2) 50 μl burgonya dextrózt (PD), 2 μl gomba konídiumokat (108 konídium/ml) és 5 μl 0,9%-os sóoldatot kevertünk lyukonként a gomba növekedésének szabályozására; (3) Lyukanként 50 μl burgonya dextrózt (PD) és 7 μl 0,9%-os sóoldatot kevertünk össze a standard vakpróbához. 24 órás állandó hőmérsékletű rázógépben (150 ford./perc 25 ± 1 fokon) végzett tenyésztés után a mérést mikrolemezes spektrofotométerben (600 nm; Thermo Scientific) végeztük.

Túlélés

A dsDicer{0}} szájon át történő táplálásának a termeszek túlélésére gyakorolt ​​hatásának meghatározására három kolóniából származó termeszeket használtak a Dicer-1-csend (összesen 42 termesz, telepenként 14 termesz) és a GFP- túlélésének meghatározására. kezelt (összesen 42 termesz, telepenként 14 termesz) termeszek gombás fertőzése során. A kontrollokhoz két kolónia 56 termeszét használtuk a Dicer-1-csendben (összesen 28 termesz, telepenként 14 termesz) és a GFP-vel kezelt termeszek (összesen 28 termesz, telepenként 14 termesz) túlélésének meghatározására. A kísérletek végrehajtása során hét termeszt neveltünk fel egy sejt Petri-csészében (D =35 mm) egy darab szűrőpapírral (D =18 mm), amelyet dsDicer{{17} tartalmú RNáz-mentes vízzel megnedvesítettek. } vagy dsGFP, míg a termeszeket gombával szennyezték, majd tíz napig nevelték túlélésük napi megfigyelésére. A miR-71-5 szimuláns orális táplálásának a termeszek túlélésére gyakorolt ​​hatásának meghatározására három kolóniából származó termeszeket alkalmaztak a miR-71-5 (összesen 42 termesz, telepenként 14 termesz) és a kontroll (14 termeszek) túlélésének meghatározására. Összesen 42 termesz, telepenként 14 termesz) szimulánssal kezelt termeszek a gombás fertőzés során. Ezenkívül két kolóniából származó 56 termeszt alkalmaztak a miR- 71-5 (összesen 28 termesz, telepenként 14 termesz) és a kontroll (összesen 28 termesz, telepenként 14 termeszek) szimulánssal kezelt termeszek túlélésének meghatározására. A kísérletek végrehajtása során hét termeszt neveltünk fel egy sejt Petri-csészében (D=35 mm) egy darab szűrőpapírral (D=18 mm), amelyet miR{{35} tartalmú RNáz-mentes vízzel megnedvesítettek. } szimuláns vagy vezérlőszimuláns. Kétnapos orális táplálás után a termeszeket gombával fertőzték meg, majd tíz napig nevelték, hogy napi szinten megfigyeljék túlélésüket. Az elhullott termeszeket időben eltávolították.

Statisztikai analízis

Az összes adatelemzést az IBM SPSS 19-es verziójában végezték el. A Shapiro–Wilk tesztet használták annak megállapítására, hogy az adatkészletek normálisan elosztottak-e. Tekintettel arra, hogy a génexpresszió, a kannibalizmus és a temetkezési adatok rendellenesen oszlottak el, a Wilcoxon-tesztet alkalmazták. Alternatív megoldásként a miRNS-koncentrációra, a mozgásra, az ápolásra és a gombaellenes aktivitásra vonatkozó adatokat normálisan elosztottuk, és páros t-tesztet használtunk. A túlélést Kaplan–Meier módszerrel elemeztük a különböző kezelési körülmények között fennálló élettartamra vonatkozóan. A szignifikancia szint p<0.05 in this study.

Eredmények

Dicer-1-elnémított termeszek mRNS expressziós profilja

A Dicer{{0}} termeszek génexpressziós profiljára gyakorolt ​​hatásának meghatározására Dicer-1-csendített termeszek mRNS-szekvenálását végeztük. A dsDicer-1 1 napos orális etetése után a Dicer-1 expressziója (1A. ábra; n=6, p < 0,05; Wilcoxon-teszt) és ebből következően a miRNS-koncentráció (1B. ábra; df) =5, p<0.05; paired t-test) were significantly decreased in termites. A total of 1262 mRNAs were significantly altered in the whole bodies of Dicer-1-silenced termites (upregulated: 562 mRNAs; downregulated: 700 mRNAs; Fig. 1C and Supplementary material 2-Table S2). The differentially expressed genes (DEGs) were mapped to the salivary secretion, glycolysis, citrate cycle, and 29 other KEGG pathways (Fig. 1D–F and Supplementary material 2-Table S3). In addition, the DEGs were clustered into the ATP generation from ADP, structural constituent of the cuticle, defense response, glutathione transferase activity, oxidation–reduction process, and 171 other GO terms (Fig. 2 and Supplementary material 2-Table S4).

1. ábra A génexpressziós profil a Dicer-1-engedéllyel rendelkező termeszek teljes testében. Egy Dicer-1 kifejezés. Az adatok átlag±SEM-ként jelennek meg. *p<0.05. B The concentration of miRNAs. The data are shown as the mean±SEM. *p<0.05. C The number of diferentially expressed genes (DEGs). D The DEGs mapped to salivary secretion. ATP1B, Sodium/potassium-transporting ATPase subunit beta; ATP2B, Plasma membrane calcium-transporting ATPase 1; PKC, Protein kinase C alpha type; CALM, Calmodulin-like protein; LYZ, Lysozyme C. E The DEGs mapped to glycolysis. GPI, Glucose-6-phosphate isomerase; PFKC, ATP-dependent 6-phosphor fructokinase; TIM, Triosephosphate isomerase; GAPDH, Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase; PGK, Phosphoglycerate kinase; MINPP1, Multiple inositol polyphosphate phosphatase 1; GPMA, 2,3-bisphosphoglycerate-dependent phosphoglycerate mutase; ENO, Enolase. F DEGs mapped to citrate cycle. PCK, phosphoenolpyru vate carboxykinase [GTP]; PYC, pyruvate carboxylase; MDH1, malate dehydrogenase; SUCD, succinate–CoA ligase [ADP-forming]. Red letters indicate upregulation; blue letters indicate downregulation

2. ábra A DEG-ek hőtérképei védelemmel kapcsolatos GO kifejezésekbe csoportosítva. ATP generáció az ADP-től. B A kutikula szerkezeti alkotóeleme. C Védelmi válasz. D Glutation transzferáz aktivitás. E Oxidációs-redukciós folyamat

Az mRNS-seq DEG-ek RT-qPCR ellenőrzése

Az ADP-ből származó glikolízis, citrátciklus és ATP-képződés a szénhidrát- és energia-anyagcserével függött össze, amelyben nyolc DEG (gliceraldehid{0}}foszfát-dehidrogenáz, 2,3-biszfoszfoglicerát-függő foszfoglicerát-mutáz, enoláz, triózfoszfát izomeráz, ATP-függő 6-foszfofruktokináz, foszfoenolpiruvát-karboxikináz [GTP], szukcinát-CoA ligáz [ADP-képző] alfa-2 alegység és malát-dehidrogenáz) szabályozása igazolódott, miután a Dicer szignifikánsan lecsökkent. -1 elnémítás (3A–H. ábra; n=6, p < 0,05; Wilcoxon-teszt), ami a glikolízis, a citrátciklus, az ATP-képződés, és ezáltal a szénhidrát- és energiaanyagcsere zavaraira utal az egész szervezetben Dicer{12}}elhallgatott termeszek. DEG-ek (defenzin és terminicin) a védekezési válaszban kódolt AMP-k. E gének expressziója szignifikánsan megnövekedett a Dicer-1-csendben lévő termeszekben a GFP-vel kezelt termeszekéhez képest (3I. ábra, J; n=5 vagy 6, p.<0.05; Wilcoxon test). In the oxidation–reduction process, cytochrome P450 9e2 and peroxiredoxin-4 were significantly altered after Dicer-1 silencing in termites (Fig. 3K, L; n = 6, p<0.05; Wilcoxon test). These results implied an important effect of Dicer-1 on the immune response and oxidation–reduction reaction in whole-body of the termites. The effect of Dicer‑1 on behavioural disease defences in termite groups 

A Dicer{0}} gombás fertőzésre adott viselkedési válaszra gyakorolt ​​hatásának meghatározásához négy fontos viselkedési védekezést teszteltünk, a mozgást, az ápolást, a kannibalizmust és a temetést Dicer-1-csendben tartott termeszeken. Eredményeink azt mutatták, hogy a mozgás (4A. ábra, t=7.013, df=8, p<0.01; paired t-test; Supplementary material 1-Fig. S3 and Video S1), grooming (Fig. 4B, t=5.949, df=8, p<0.01; paired t-test; Supplementary material 1-Fig. S4 and Video S2), cannibalistic (Fig. 4C, n =9, p<0.05; Wilcoxon test; Supplementary material 1-Fig. S1 and Video S3) and burial (Fig. 4D; n=9, p<0.05; Wilcoxon test; Supplementary material 1-Fig. S2 and Video S4) behaviors were significantly reduced in Dicer-1-silenced termites compared to GFP-treated termites, suggesting an important role of Dicer-1 in driving behavioral disease defenses in termite colonies.

3. ábra Az mRNS-szekvenciából származó DEG-ek RT-qPCR-ellenőrzése. A-H A szénhidrát- és energia-anyagcserével kapcsolatos gének. I–J Az immunválaszhoz kapcsolódó gének. K–L Oxidációs–redukciós reakciókkal kapcsolatos gének. Az adatok átlag±SEM-ként jelennek meg. *p<0.05

A Dicer-1 és a miR-71-5 hatása a termeszek gombaellenes képességeire

A miRNS-ek gombás fertőzésre adott fiziológiai válaszra gyakorolt ​​hatásának meghatározásához teszteltük a Dicer{0}}csendben lévő termeszek összes gombaellenes aktivitását. Eredményeink azt mutatták, hogy a gombaellenes aktivitás szignifikánsan csökkent (5A. ábra; t=−3,046, df=5, p<0.05; paired t-test) in Dicer-1-silenced termites. Furthermore, miR-71-5 was selected for further testing to determine its role in physiological defense, which was chosen according to the comparative profiling of miRNAs and mRNAs in fungus-contaminated versus naive termites and miRNA-mRNA analysis (data unpublished). We found that the antifungal activity (Fig. 5B; t=−4.000, df=5, p<0.05; paired t-test) was significantly reduced in termites treated with miR-71-5 simulants compared to those treated with simulant controls. These results suggested that miRNAs played an important role in driving physiological disease defenses in termites.

4. ábra A miRNS diszreguláció hatása a védekező szociális viselkedésekre termeszcsoportokban. A mozgás, a B ápolás, a C kannibalista és a D temetési viselkedése Dicer-1-csendben a GFP-vel kezelt termeszcsoportokkal szemben. Az adatok átlag±SEM-ként jelennek meg. *p<0.05, **p<0.01

5. ábra A miRNS diszreguláció hatása a fiziológiai védekezésre termeszek egyedeiben. A Dicer{1}}csendesített és a GFP-vel kezelt termeszek gombaellenes hatása. B A miR-71-5 gombaellenes hatása a kontroll-szimulánssal kezelt termeszekkel szemben. Az adatok átlag±SEM-ként jelennek meg. *p<0.05

A Dicer-1 és a miR-71-5 befolyásolta a gombával fertőzött termeszek túlélését

Mivel mind a dsDicer-1, mind a miR-71-5 szimulánsok csökkentik a termeszek gombaellenes aktivitását, teszteltük a termeszek biológiai leküzdésére szolgáló potenciáljukat. Azt találtuk, hogy a gombával szennyezett Dicer-1-csendes termeszek jelentősen csökkentik a túlélést a többi kezelt termeszekéhez képest (dsDicer-1+gomba vs. dsGFP+gomba: χ2=81.839, p.<0.001; dsDicer-1+fungus vs dsDicer-1+Tween 80: χ2=63.070, p<0.001; dsDicer-1+fungus vs dsGFP+Tween 80: χ2=65.474, p<0.001). GFP-treated termites contaminated with fungus showed significantly decreased survival compared to the termites without fungal contamination (dsGFP+fungus versus dsDicer-1+Tween 80: χ2=58.636, p<0.001; dsGFP+fungus versus dsGFP+Tween 80: χ2=68.849, p<0.001). There was no significant difference between dsDicer-1- and dsGFP-treated termites without fungal contamination (χ2=2.037, p=0.154) (Fig. 6A). Additionally, the survival of fungus-contaminated termites treated with the miR- 71-5 simulant was signifcantly decreased compared to that of other treated termites (miR-71-5+fungus vs. control+fungus: χ2=63.593, p<0.001; miR-71-5+fungus vs. miR- 71–5+Tween 80: χ2=60.585, p<0.001; miR-71-5+fungus vs. control+Tween 80: χ2=67.129, p<0.001). The survival of fungus-contaminated termites treated with the simulant control was significantly decreased compared to that of the termites without fungal contamination (control+fungus vs. miR-71-5+Tween 80: χ2=61.065, p<0.001; control+fungus vs. control+Tween 80: χ2=68.064, p<0.001). There was no significant difference in survival between termites treated with the miR-71-5 simulant and simulant control without fungal contamination (miR-71-5+Tween 80 vs. control+Tween 80: χ2=1.000, p=0.317) (Fig. 6B). These results suggested a good effect of miRNAs coupled with entomopathogens in biologically controlling termites.

Vita

A miRNS-ek számos funkciót látnak el, például szabályozzák a szénhidrát- és energiaanyagcserét, az immunválaszt, az oxidációs-redukciós reakciókat és más életfolyamatokat a termeszek egész testében. Ahogy az várható volt, a termeszekben lenyelt dsDicer-1 Dicer-1 elnémulásához vezetett, majd csökkentette a miRNS-koncentrációt, ami a miRNS diszreguláció sikeres indukálására utal. A transzkripciós elemzés kimutatta, hogy a Dicer-1 elnémítása 32 KEGG útvonalhoz és 175 GO kifejezéshez kapcsolódik. Társadalmi rovarkolóniákban a nyálváladék külső fertőtlenítőszerként működhet, és olyan szociális viselkedéssel együtt működhet, mint a trophallaxis, az ápolás és a fészekrakás az utódok, fészektársak és telepek gondozása érdekében (Bulmer és mtsai 2009; Hamilton et al. 2011). Hamilton és Bulmer 2012). A glikolízis, a citrátciklus és az ADP-ből származó ATP-termelés részt vesz a szénhidrát- és energia-anyagcserében. Mivel az immunválaszok erősítése és a szociális viselkedések végrehajtása energetikailag költséges, a szénhidrát- és energia-anyagcsere zavarai negatív hatással vannak ezekre a folyamatokra (Liu et al. 2020; Hassan et al. 2021a, b; Xu et al. 2021a, b). A kutikula szerkezeti alkotóeleme a rovarok kutikulájához kapcsolódik, és ez képezi az első akadályt, amely megakadályozza a kórokozók behatolását a hemocoelbe (Syazwan et al. 2021). A védekezési válaszban, a glutation-transzferáz aktivitásban és az oxidációs-redukciós folyamatban részt vevő számos DEG képes antimikrobiális peptideket (AMP), méregtelenítő fehérjéket és antioxidáns enzimeket kódolni, hogy növelje a rovarok rezisztenciáját és toleranciáját a kórokozókkal szemben (Liu et al. 2015, 2019a). Ezek a védekezéssel kapcsolatos funkciók valószínűleg hozzájárulnak a társadalmi immunitáshoz a termeszkolóniákban. A többi KEGG útvonal és a GO kifejezés az idegrendszerben, az emésztőrendszerben, a hosszú élettartamban, a fejlődésben stb. érintett (Kiegészítő anyag 2-S3 és S4 táblázat). Ezenkívül a Dicer-1 elnémított termeszek néhány DEG-je (pl. szénhidrát- és energia-anyagcsere gének) mikrobákból származott (kiegészítő anyag 2-S2 táblázat), amelyek valószínűleg a bél szimbiontái voltak, és fontos összetevői lehetnek. részt vesznek a házigazdák életfolyamataiban. Ezért a miRNS-ek valószínűleg globális hatást gyakorolnak a termeszek egész testére.

6. ábra A miRNS dys szabályozás hatása a gombával szennyezett termeszcsoportok túlélésére. A Dicer{2}}csendesített vs. GFP-vel kezelt termeszek túlélése gombás fertőzéssel vagy anélkül; B A miR-71-5 túlélése a kontroll-szimulánssal kezelt termeszekkel szemben, gombás fertőzéssel vagy anélkül. A különböző betűk jelentős eltéréseket jelölnek, p<0.05

A szénhidrát- és energia-anyagcsere, az immunválasz és az oxidációs-redukciós reakciók fontosak a miRNS-ek számára a szociális immunitás erősítésében. Az állatok viselkedése energiafüggő folyamat, ezért egyes energiainhibitorok miatt az állatok lassan mozognak, sőt el is pusztulnak (Davidson 1930; Schuler és Casida 2001). Termeszkolóniákban a glikolízis vagy a citrátciklus zavarai csökkent ATP-szintet eredményeznek, és gátolják a mozgási viselkedést (Hassan et al. 2021a, b; Xu et al. 2021a, b). A citrátciklus zavarai a termeszek gombaellenes aktivitását is csökkentik, ami fokozott fertőzéshez és mortalitáshoz vezet (Liu et al. 2020). Ezen túlmenően, mivel a termeszek bélrendszerében lévő szimbionták enzimek (Rosengaus és mtsai, 2014) és metabolitok (Inagaki és Matsuura 2018) biztosításával részt vesznek a gazdaszervezet betegség elleni védekezésében, a bélszimbionták anyagcserezavarai valószínűleg csökkentik a szimbiontákból származó immunkompetenciát. és ezáltal csökkent a termeszek elleni védekezés. Vizsgálatunk során nyolc metabolikus génről igazoltuk, hogy szignifikánsan alulszabályozottak, ami a glikolízis és a citrátciklus zavarára utal a Dicer-1-csendben termeszek teljes testében. Azt javasoltuk, hogy a miRNS által közvetített szénhidrát- és energia-anyagcsere fontos biokémiai mechanizmus a szociális immunitás előmozdításában, és ennek a folyamatnak a megzavarása valószínűleg csökkenti a viselkedési és fiziológiai betegségek elleni védekezést a termeszkolóniákban. A rovarok immunrendszere nagyszámú effektormolekulát indukál, hogy in vivo leküzdje a kórokozókat. A defenzinek kompakt, ciszteinben gazdag és proteáz-rezisztens AMP-k, amelyek széles spektrumú aktivitással rendelkeznek baktériumok, gombák és más paraziták ellen (Weber 2021). A termicin egy termeszekre specifikus gombaellenes defenzin, amelynek elnémítása csökkent gombaellenes aktivitást és ezáltal a gombával szennyezett termeszek mortalitását eredményezi (Hamilton és Bulmer 2012). A rovarok méregtelenítő és antioxidáns rendszerei gyakran az immunrendszerrel együttműködve működnek, ami hatékonyan csökkenti a toxinok és a ROS kockázatát a gazda-kórokozó kölcsönhatások során (Syazwan et al. 2021). A citokróm P450 monooxigenázok felelősek a kórokozó toxinok oxidációjának és metabolizmusának katalizálásáért, valamint szabad gyökök vagy ROS termelésért (Shankar és Mehendale 2014). A peroxiredoxin család olyan antioxidáns enzimeket tartalmaz, amelyek katalizálják a ROS redukcióját (Xu et al. 2021a; b). Eredményeink igazolták, hogy a Dicer-1 elnémítása jelentősen megváltoztatta a defenzin, a tricin, a citokróm P450 9e2 és a peroxiredoxin-4 génexpresszióját, ami azt jelzi, hogy a miRNS-ek fontos szerepet játszottak az immunválasz szabályozásában és oxidációs-redukciós reakciók a termeszek egész testében. Ezért azt javasoljuk, hogy a szénhidrát- és energiaanyagcsere, az immunválasz és az oxidációs-redukciós reakciók részt vegyenek a miRNS-alakú szociális immunitás mozgatórugójában, és ezek megzavarása negatívan befolyásolja a termeszkolóniák társadalmi immunitását.

cistanche tubulosa – erősíti az immunrendszert

Valójában a miRNS diszregulációja negatív hatással van a mozgásra és ezáltal a viselkedési védekezésre a termesz kolóniákban. A magányosan élő rovaroktól eltérően a társas rovarok viselkedési védekezéseinek gazdag repertoárját fejlesztették ki, együttesen észlelve a kórokozók jelenlétét, korlátozva a kórokozók terjedését, és csökkentve az egyedek fertőzési kockázatát (Van Meyel és mtsai. 2018; Liu et al. 2019a). Az idősebb dolgozók veszélyes fészken kívüli feladatokat végeznek, és könnyen szennyeződnek. Amikor fertőzöttek, a fészektársak hajlamosak összeolvadni a szennyezett dolgozókkal, és megápolják őket (Liu et al. 2019b). A szennyezett dolgozók és gondozóik is növelik a távolságot a többi naiv fészektárstól. Az ápolónők mélyebbre viszik a fiókákat a kolónia mélyébe, hogy növeljék a távolságot a szennyezett dolgozóktól (Stroeymeyt et al. 2018). Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a kolóniatagok közötti fizikai távolság növelése hatékony stratégia a kórokozók átvitelének korlátozására ["szervezeti immunitásnak" nevezik (Liu et al. 2019a)], és a mozgásnak fontos társadalmi viselkedésnek kell lennie, mivel adaptív módon szabályozza a kórokozók terjedését. távolság a fertőzött egyedek és a naiv fészektársak között. Hassan és munkatársai azt találták, hogy a termeszek jelentősen javították a mozgásukat a gombás fertőzés során, ami tovább bizonyítja a kórokozókra adott válaszként való mozgást (Hassan et al. 2021a, b). Ezen túlmenően, az ápoló, kannibál és temetkezési magatartás jól ismert a fertőzött egyedek és holttestek kezelésében a szociális rovarkolóniákban. A gombákkal szennyezett termeszek esetében az ápolási viselkedés közvetlenül, a csírázás előtt következik be (Liu et al. 2019b). Ezzel szemben a kannibál viselkedés csak akkor következik be, ha a fertőzött egyedek láthatóan megbetegednek (Davis et al. 2018). A holttestek kezelésében a friss holttesteket gyakran táplálkozási jutalomnak tekintik, és kannibalizmust váltanak ki azáltal, hogy korai halálra utalnak. Ezzel szemben az elpusztult holttesteket fertőzésveszélynek tekintik, és a késői halálra utaló jelek előidézésével temetést okoznak (Sun et al. 2016). Itt azt találtuk, hogy a Dicer{12}} elnémítása jelentősen gátolta a mozgást és más mozgásokat, például az ápoltságot, a kannibalizmust és a temetkezési viselkedést, ami arra utal, hogy a miRNS szabályozási zavara általános hatást gyakorolt ​​a termeszek mozgására, és ennek következtében befolyásolta a kórokozókkal, kórokozókkal szembeni viselkedési védekezést. szennyezett fészektársak és kórokozókkal szennyezett tetemek termesztelepeken. A hajtómechanizmus szempontjából a miRNS által közvetített szénhidrát- és energia-anyagcsere tekinthető az egyik legfontosabb biokémiai tényezőnek (lásd a fenti vitát). Ezért a miRNS-ek alakíthatják a termeszek viselkedési védelmét.

A miRNS diszreguláció negatív hatással volt a termeszek fiziológiai védekezőképességére is. A termeszek általában az immungének felszabályozásával növelik gombaellenes képességüket, hogy fokozzák fiziológiai védekezőképességüket (Liu et al. 2015). A bél szimbiontokból származó gombaellenes anyagok a termeszek számára azt a képességet biztosítják, hogy gátolják a gombák növekedését, hogy fokozzák fiziológiai védekezőképességüket (Rosengaus et al. 2014). Ezért a teljes gombaellenes aktivitás hatékony mutatója volt a termeszek fiziológiás betegség elleni védekezésének. A legújabb tanulmányok kimutatták, hogy nemcsak az immungének, hanem a szénhidrát-anyagcsere és az antioxidáns gének is fontos összetevők, amelyek befolyásolják a termeszek gombaellenes aktivitását (Liu et al. 2020; Zhao et al. 2020; Zhou et al. 2021). A defaunált termeszek sebezhetőbbek voltak a gombás fertőzésekkel szemben (Rosengaus et al. 2014). Bár megnövekedett az immungén-expresszió, mint például a defenzin és a tricin, a Dicer-1-közvetítette miRNS-szabályozási zavar csökkentette a szénhidrát-anyagcsere és az antioxidáns gének expresszióját a termeszekben vagy a bélszimbiontokban, és ezáltal jelentősen csökkentette a termeszek teljes gombaellenes aktivitását. Ezenkívül a miR-71-5-szimulánssal kezelt termeszek a teljes gombaellenes aktivitást is csökkentették, ami tovább utal a miRNS szabályozási zavarának a termeszek fiziológiai védekezőképességére gyakorolt ​​negatív hatására. Ezenkívül a dsDicer-1 vagy miR-71-5 szimulánssal táplált termeszek csoportok sebezhetőbbek voltak a gombás fertőzésekkel szemben, ami a fertőzések okozta mortalitás növekedését mutatja. Ezért a miRNS-ek alakíthatják a társadalmi immunitást azáltal, hogy mind a viselkedési, mind a fiziológiai betegségek elleni védekezést elősegítik a termeszkolóniákban.

7. ábra A társadalmi immunitás mögött meghúzódó lehetséges mechanizmusok termesz kolóniákban és új célpontok a biológiai kártevőirtáshoz. A miRNS-ek széles körben érintik a termeszek egész testét, beleértve az A szénhidrát- és energiaanyagcserét, a B immunválaszt, a C oxidációs-redukciós reakciókat stb. D A szénhidrát- és energia-anyagcsere fontos szerepet játszik a termeszek viselkedésének és gombaellenes aktivitásának szabályozásában. Ezért a miRNS által közvetített szénhidrát- és energia-anyagcsere valószínűleg az egyik genetikai és biokémiai tényező, amely a viselkedési (például mozgás, ápolás, kannibalizmus és temetés) és fiziológiai (gombaellenes aktivitás) elleni védekezést vezérli a termeszkolóniákban. E Az immunválasz segített a termeszeknek gátolni a kórokozók szaporodását és terjedését a testüregben. Az oxidációs-redukciós reakció megvédte a termeszeket a toxinok és a ROS által okozott károsodástól a "gazda-kórokozó" kölcsönhatásoktól. Ezért a miRNS által közvetített immunválasz és az oxidációs-redukciós reakció fontos szerepet játszik a termeszek fiziológiás betegségvédelmében. Az F miRNS-ek úgy alakították ki a társadalmi immunitást, hogy viselkedési és fiziológiai betegségek elleni védekezést irányítottak a termesz kolóniákban. A miRNS-ek megcélzásával mesterségesen növelhetjük a termeszkolóniák entomopatogénekkel szembeni érzékenységét, és ennek következtében fokozhatjuk a termeszek biológiai védekezését..

Tudomásunk szerint ez az első jelentés a miRNS-ek lehetséges mechanizmusáról, amelyek a társadalmi immunitás hátterében állnak a termeszkolóniákban. A miRNS-ek befolyásolhatják a nyálkiválasztást, a szénhidrát- és energia-anyagcserét, a kutikula képződését, az immunválaszokat, az oxidációs-redukciós reakciókat stb. Ezek közül a szénhidrát- és energia-anyagcsere valószínűleg fontos biokémiai tényező a viselkedési védekezés, például a mozgás, az ápolás, a kannibalizmus, és termesz kolóniákba temették el. Ezen túlmenően a szénhidrát- és energiaanyagcsere, az immunválasz és az oxidációs-redukciós reakciók valószínűleg részt vesznek a termeszek fiziológiai védekezésének, például a gombaellenes aktivitásnak a hajtóerejében.

Ezért a miRNS-alakú szociális immunitás befolyásolhatja a termesztelepek entomopatogén gombákkal szembeni fogékonyságát; így a miRNS-ek hatékony célpontjai lehetnek a termeszek biológiai védekezésének (7. ábra). Számos tanulmány bebizonyította, hogy a célgének RNSi által közvetített elnémítása rovarpusztuláshoz vezethet, ami jelentős rovarkártevő-szabályozási lehetőséget rejt magában. A termesz kártevők elleni védekezésben Zhou et al. (2008) először az endoglukanáz és hexamer géneket célozták meg dsRNS tápláláson keresztül, bemutatva az RNSi-alapú termiticidek megvalósíthatóságát. A termeszkolóniák halálos hatásának fokozására RNSi-alapú termicideket alkalmaztak fertőző entomopatogén gombákkal párosítva. A tricin, GNBP2, TG, IDH és más kódoló gének Metarhiziummal összekapcsolt RNSi által közvetített elnémítása jelentősen növelheti a fészektársak fogékonyságát a társadalmilag átvitt gombakonídiumokra, és így a fertőzések halálozási arányának növekedéséhez vezethet (Hamilton és Bulmer 2012; Liu et al. 2020; Zhao és társai 2020; Zhou és társai 2021). Vizsgálatunkban bemutattuk a kis nem kódoló RNS-ek megcélzásának megvalósíthatóságát takarmányozáson keresztül a termeszek biológiai védekezésének optimalizálása érdekében a Metarhizium segítségével. A specifikusan egy gént megcélzó dsRNS-ekhez képest a miRNS-ek számos, azonos vagy eltérő funkciójú gént tudtak megcélozni, így széles spektrumú hatással voltak a termeszek életfolyamataira. Ezért a miRNS-ek megcélzásával a termeszek csoportjai csökkent viselkedési és fiziológiai betegségek elleni védekezést mutattak mind csoport, mind egyéni szinten, ami a termeszek szociális immunitásának széles spektrumú gátlására utal. A miRNS-ek megcélzásával a termeszek csoportjai következésképpen magas szintű mortalitást mutattak a gombás fertőzések során, ami arra utal, hogy a miRNS-ek termiticidként használhatók a termeszek biológiai kontrolljának fokozására a társadalmi immunitásuk csökkentésével. Ezért a miRNS-ek potenciális új célpontnak tekinthetők a rovarkártevők elleni védekezésben.

Hivatkozások

Berdnik D, Fan AP, Potter CJ, Luo L (2008) A mikroRNS-feldolgozási útvonal szabályozza a szagló neuronok morfogenezisét. Curr Biol. 18:1754-1759. https://doi.org/10.1016/j.cub.2008.09.045

Bulmer MS, Bachelet I, Raman R, Rosengaus RB, Sasisekharan R (2009) Targeting an antimicrobial efector function in insect Immunity as a pestis control stratégia. Proc Natl Acad Sci USA 106:12652–12657. https://doi.org/10.1073/pnas.0904063106

Chouvenc T, Efstathion CA, Elliott ML, Su NY (2013) Kiterjesztett betegségrezisztencia egy földalatti termesz székletfészkéből. Proc R Soc B 280:20131885. https://doi.org/10.1098/rspb.2013.1885

Davidson WM (1930) Rotenon, mint kontakt rovarölő. J Econ Entomol 23:868–874. https://doi.org/10.1093/JEE/23.5.{8}}

Davis HE, Meconcelli S, Radek R, McMahon DP (2018) A termeszek a fertőzés stádiuma alapján alakítják kollektív viselkedési válaszukat. Sci Rep 8:14433. https://doi.org/10.1038/ s41598-018-32721-7

Esparza-Mora MA, Davis HE, Meconcelli S, Plarre R, McMahon DP (2020) A szekretált immunmolekula gátlása megzavarja a termeszek társadalmi immunitását. Front Ecol Evol 8:75. https://doi.org/10. 3389/fevo.2020.00075

Gomez-Orte E, Belles X (2009) MikroRNS-függő metamorfózis hemimetabolan rovarokban. Proc Natl Acad Sci USA 106:21678–21682. https://doi.org/10.1073/pnas.0907391106

Hamilton C, Bulmer MS (2012) Molekuláris gombaellenes védekezés földalatti termeszekben: Az RNS-interferencia felfedi a terminusok és a GNBP-k in vivo szerepét egy természetesen előforduló kórokozóval szemben. Dev Comp Immunol. 36:372-377. https://doi.org/10.1016/j.dci. 2011.07.08

Hamilton C, Lejeune BT, Rosengaus RB (2011): Trophallaxia és profilaxis: szociális immunitás az ácshangyábanCamponotus pennsylvanicus. Biol Lett 7:89–92. https://doi.org/10.1098/rsbl. 2010.0466

Hassan A, Huang Q, Mehmood N, Xu H, Zhou W, Gao Y (2021a) Alteration of termite locomotion and allogrooming válaszul a patogén gombák által okozott fertőzésre. J Econ Entomol 114:1256–1263. https://doi.org/10.1093/jee/toab071

Hassan A, Huang Q, Xu H, Wu J, Mehmood N (2021b) A hang elnémításafoszfofruktokinázgén károsítja a glikolízist és abnormális mozgást okoz a földalatti termeszekbenReticulitermes chinensisSnyder. Insect Mol Biol 30:57–70. https://doi.org/10. 1111/imb.12672

He S et al (2018) A termeszek katonák erős szájüregi váladék szintetizálásával járulnak hozzá a társadalmi immunitáshoz. Insect Mol Biol 27:564–576. https://doi.org/10.1111/imb.12499

Hong M, Hwang D, Cho S (2018): Hemocita morfológia és sejtes immunválasz termeszekben (Reticulitermes speratus). J Insect Sci 18:46. https://doi.org/10.1093/jisesa/iey039

Hussain A, Li YF, Cheng Y, Liu Y, Chen CC, Wen SY (2013) Immune-related transscriptome ofCoptotermes formosanusShiraki munkások: a védelmi mechanizmus. PLoS ONE 8:e69543. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0069543

Inagaki T, Matsuura K (2018) Kiterjesztett kölcsönösség a termeszek és a bélmikrobák között: a táplálkozási szimbionták hozzájárulnak a fészek higiéniájához. Sci Nat 105:52. https://doi.org/10.1007/ s00114-018-1580-y

Kumar S, Upadhyay RK (2021) Különféle bio-szerves összetevők termeszellenes lehetőségei, különös tekintettel az Asteraceae családra. WJPR 10:1109–1149. https://doi.org/10.20959/wjpr2 0213-19977

Lee YS et al (2004) Különleges szerepek a számáraDrosophilaDicer-1 és Dicer-2 az siRNS/miRNS elnémítási útvonalakban. Cell 117:69–81. https://doi.org/10.1016/S0092-8674(04)00261-2

Liu L, Li GH, Sun PD, Lei CL, Huang QY (2015) A termeszek gombás patogének elleni aktív immunizálásának kísérleti ellenőrzése és molekuláris alapja. Sci Rep 5:15106. https://doi.org/ 10.1038/srep15106

Liu L, Wang W, Liu YL, Sun PD, Lei CL, Huang QY (2019a) Az allogrooming viselkedés hatása az egyéni veleszületett immunitásra a földalatti termeszekbenReticulitermes chinensis(Isoptera: Rhinotermitidae). J Insect Sci 19:6. https://doi.org/10.1093/jisesa/ iey119

Liu L, Zhao XY, Tang QB, Lei CL, Huang QY (2019b) Az euszociális rovarok gombás fertőzései elleni szociális immunitás mechanizmusai. Toxins 11:244. https://doi.org/10.3390/toxins11050244

Liu L, Wang CC, Zhao XY, Guan JX, Lei CL, Huang QY (2020) Az izocitrát-dehidrogenáz által közvetített anyagcserezavarok megzavarják az euszociális termeszek gombás kórokozói elleni aktív immunizálást. J Pest Sci 93:291–301. https://doi.org/10.1007/ s10340-019-01164-y

Lopez-Uribe MM, Sconiers WB, Frank SD, Dunn RR, Tarpy DR (2016) Csökkent celluláris immunválasz a társadalmi rovarok vonalaiban. Biol Lett 12:20150984. https://doi.org/10.1098/rsbl.2015. 0984

Lucas KJ, Zhao B, Liu S, Raikhel AS (2015) Fiziológiai folyamatok szabályozása mikroRNS-ek által rovarokban. Curr Opin Insect Sci 11:1–7. https://doi.org/10.1016/j.cois.2015.06.004

Rosengaus RB, Jordan C, Lefebvre ML, Traniello JFA (1999) A kórokozó riasztási viselkedése termeszben: A kommunikáció új formája a szociális rovarokban. Naturwissenschaften 86:544–548. https://doi.org/ 10.1007/s001140050672

Rosengaus RB, Lefebvre ML, Traniello JFA (2000) A gombaspórák csírázásának gátlása nasutitermes által: bizonyíték a katona védekező váladékának lehetséges antiszeptikus szerepére. J. Chem. Ecol. 26:21–39. https://doi.org/10.1023/A:1005481209579

Rosengaus RB, Schultheis KF, Yalonetskaya A, Bulmer MS, DuComb WS, Benson RW, Thottam JP, Godoy-Carter V (2014) Szimbiontból származó -1,3-glükanázok egy társas rovarban: a táplálkozáson túlmutató kölcsönösség . Front Microbiol 5:607. https://doi.org/10.3389/fmicb. 2014.00607

Schuler F, Casida JE (2001) Az inszekticid célpont az I. komplex PSST alegységében. Pest Manag Sci 57:932–940. https://doi.org/10. 1002/ps.364

Seipke RF et al (2011) EgyetlenStreptomycesA symbiont többféle gombaellenes szert készít a gombatermesztő hangya támogatásáraAcromyrmex octospinosus. PLoS ONE 6:e22028. https://doi.org/10.1371/journ al.pone.0022028

Shankar K, Mehendale HM (2014) Cytochrome P450. In: Wexler P (ed) Encyclopedia of toxicology. Academic Press, pp 1125–1127 Stroeymeyt N, Grasse AV, Crespi A, Mersch DP, Cremer S, Keller L (2018) A közösségi hálózatok plaszticitása csökkenti a betegség terjedését egy euszociális rovarban. Science 362:941–945. https://doi.org/10.1126/ science.aat4793

Sun Q, Haynes KF, Zhou XG (2016) A haláljelzések dinamikus változásai módosítják a társas rovarok tetemkezelésének kockázatait és hasznát. Funct Ecol 31:697–706. https://doi.org/10.1111/1365- 2435.12754

Syazwan SA, Lee SY, Sajap AS, Lau WH, Omar D, Mohamed R (2021) Interaction betweenMetarhizium anisopliaeés gazdája, a földalatti termeszekCoptotermes curvignathusa fertőzési folyamat során. Biology 10:263. https://doi.org/10.3390/biolo gy10040263

Terrapon N et al (2014) Alternatív társadalmi szerveződés molekuláris nyomai termeszek genomjában. Nat Commun 5:3636. https://doi.org/10. 1038/ncomms4636

Van Meyel S, Körner M, Meunier J (2018): Társadalmi immunitás: miért érdemes tanulmányoznunk természetét, evolúcióját és funkcióit minden társadalmi rendszerben. Curr Opin Insect Sci 28:1–7. https://doi.org/10.1016/j. cois.2018.03.004

Verma M, Sharma S, Prasad R (2009) A termeszek elleni védekezés biológiai alternatívái: áttekintés. Int Biodeter Biodegr 63:959–972. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2009.05.009

Wang YL, Yang ML, Jiang F, Zhang JZ, Kang L (2013) MikroRNS-függő fejlődés, amelyet az RNS-interferencia által közvetített géncsendesítés tárt felLmDicer1a vonuló sáskában. Insect Sci 20:53–60. https://doi.org/10.1111/j.{5}}.2012.01542.x

Weber F (2021) Vírusellenes veleszületett immunitás: bevezetés. In: Bamford DH, Zuckerman M (eds) Encyclopedia of virology. Elsevier, pp. 577–583 Xu H, Huang QY, Gao YY, Wu J, Hassan A, Liu YT (2021a)IDHA leütés megváltoztatja a termeszek táplálékkeresési viselkedésétOdontocetes formosanuskülönböző társadalmi kontextusokban. Curr Zool 67:609. https://doi.org/10.1093/cz/zoab032 Xu Z, Zeng X, Li M, Liao J, Chen Q (2021b) A MicroRNS-383 elősegíti a reaktív oxigénfajták által kiváltott autofágiát a peroxiredoxin 3 csökkentése révén humán gliómában U87 sejtek. Exp Ther Med 21:439. https://doi.org/10.3892/etm.2021.9870

Yanagawa A, Fujiwara-Tsujii N, Akino T, Yoshimura T, Yanagawa T, Shimizu S (2011) Az entomopatogének dohos szaga fokozza a termeszek betegségmegelőző viselkedésétCoptotermes formosanus. J Invertebr Pathol 108:1–6. https://doi.org/10.1016/j.jip.2011. 06.001

Yanagawa A, Imai T, Akino T, Toh Y, Yoshimura T (2015) A patogén gombáktól származó szaglási jelek befolyásolják a termeszek mozgásának irányát,Coptotermes formosanus. J Chem Ecol 41:1118–1126. https://doi.org/10.1007/s10886-015-0649-8

Yang ML és munkatársai (2014) A MicroRNS-133 gátolja a viselkedési aggregációt azáltal, hogy szabályozza a dopaminszintézist a sáskákban. PLoS Genet 10:e1004206. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004206