1月23日，我院植保所水稻蟲害防控研究團(tuán)隊(duì)的合作研究成果在國際著名學(xué)術(shù)期刊Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 在線發(fā)表，論文題為“The microbiome stabilizes circadian rhythms in the gut” (共生菌穩(wěn)定昆蟲腸道生物鐘節(jié)律)。團(tuán)隊(duì)首席專家方繼朝研究員和美國賓夕法尼亞大學(xué)Amita Sehgal教授為論文共同通訊作者，團(tuán)隊(duì)骨干張?jiān)铝裂芯繂T為第一作者。

  相對穩(wěn)態(tài)的生物鐘節(jié)律對生物體的發(fā)育、健康等至關(guān)重要。生物體為適應(yīng)地球自轉(zhuǎn)帶來的24h光照和溫度變化，進(jìn)化了以時(shí)鐘基因?yàn)楹诵恼{(diào)控元件的生物鐘響應(yīng)機(jī)制。歸根結(jié)底，各種疾病的產(chǎn)生都源于生物鐘節(jié)律短期或長期失衡。對生物鐘節(jié)律分子機(jī)制的研究，獲得2017年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。而腸道共生菌對宿主生物的營養(yǎng)、免疫及神經(jīng)發(fā)育等也有重要作用。但迄今為止，共生菌是否對宿主生物鐘節(jié)律產(chǎn)生影響還不清楚。

  該研究利用16s-rRNA和RNA-Seq分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)宿主昆蟲缺失內(nèi)在生物鐘節(jié)律(時(shí)鐘基因突變)時(shí)，為更好地應(yīng)對限食等外界節(jié)律改變，宿主需要啟動(dòng)部分保守的腸道共生菌震蕩節(jié)律來彌補(bǔ)生物鐘功能的缺失，即昆蟲的時(shí)鐘基因干擾其腸道共生菌節(jié)律;而另一方面，腸道共生菌顯著改變宿主昆蟲腸道基因表達(dá)節(jié)律。缺失腸道共生菌這道屏障，則宿主昆蟲的生物鐘節(jié)律更易于震蕩(震蕩基因數(shù)量和震幅顯著增加，但相位不變)。通過人為的時(shí)差改變，我們發(fā)現(xiàn)有共生菌的腸道竟能與中速神經(jīng)生物鐘節(jié)律同步，并且腸道共生菌在生物鐘節(jié)律轉(zhuǎn)換中起到重要的緩沖作用。

  機(jī)制分析發(fā)現(xiàn)，腸道共生菌主要通過調(diào)控核心時(shí)鐘基因(無菌腸道核心時(shí)鐘基因Per、Tim等震幅顯著增高)、關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子及組氨酸乙?；?jié)律來實(shí)現(xiàn)這一過程。

  該研究成果為豐富害蟲防治策略、開拓綠色防控技術(shù)及更好地利用共生菌，提供了重要依據(jù)。

  該研究得到我院雙向博士后項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目和國家水稻產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目的支持。

  論文鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2217532120

2023年1月29日

江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植保所