三篇家蚕最新研究成果

西北农林科技大学蚕桑丝绸研究所在实生砧木增强多倍体桑树耐旱性方面取得科研新进展

近日，学院蚕桑丝绸研究所团队在《Plant Physiology and Biochemistry》期刊在线发表了题为“Grafting seedling rootstock strengthens tolerance to drought stress in polyploid mulberry (Morus alba L.)”的研究成果，博士研究生惠甜为论文第一作者，包立军副研究员为共同第一作者，焦锋研究员为通讯作者。

嫁接技术在桑树栽培中有着悠久的历史，早在南宋时期，《陈旉农书》中就有记载：“若欲接缚，卽别取好桑直上生条，不用横垂生者，三四寸长，截如接果子样接之”。嫁接技术对桑优良品种的性状维持及繁育具有重要意义。在实际生产中，常常使用桑优良品种作接穗，不能区分品种的桑种子萌发实生苗作为砧木。因此，使用不同倍性的桑接穗嫁接苗，对桑生理变化规律以及干旱胁迫下的响应有待进一步探索。

该研究调查了同源多倍体嫁接苗和由茎部诱导生根的同源多倍体自根苗的生理指标和分子水平变化，发现与二倍体自根苗相比，三倍体和四倍体的自根苗植株表现出更强的耐旱性；将二倍体和三倍体接穗嫁接到实生砧木上，嫁接体植株的抗旱性优于自根苗植株，主要体现在光合能力、脯氨酸含量和P5CS2基因表达水平的升高等方面。然而，嫁接的四倍体植株并没有表现出更强的耐旱性。

该研究加深了不同倍性水平的嫁接桑和自根桑应对干旱胁迫的响应差异认知，为进一步研究砧木与桑树倍性的最佳嫁接组合及桑树育苗提供了重要参考。

图 桑树自根苗和嫁接苗在干旱胁迫后的生理和分子指标变化示意图

该研究得到了国家自然科学基金（32372950）、国家重点研发计划项目（2019YFD1000600）、中央高校基本科研业务专项资金（2452022006）、国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS-18）以及陕西省蚕桑产业技术体系建设项目（NYKJ-2022-YL(XN)29）资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2024.108441

信息来源：西北农林科技大学蚕桑丝绸研究所

西南大学何宁佳教授团队揭示家蚕对桑树蛋白酶抑制子的适应策略

2024年2月20日，西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室何宁佳教授团队在中科院1区TOP期刊Pest Management Science上发表题为“Postingestive stability of a mulberry Kunitz-type protease inhibitor MnKTI-1 in the digestive lumen of silkworm: Dual inhibition towards α-amylase and serine protease”的研究论文。

植物蛋白酶抑制子（PI）是植物防御植食性昆虫的主要手段之一，能够直接作用于取食昆虫的消化酶，抑制或延滞植食性昆虫的食物消化和营养吸收过程，达到抗虫的目的。然而经过长期的进化，植食性昆虫已发展出了应对植物PI的策略。在过去的三十余年中，研究人员解析了两种植食性昆虫防御植物PI的机制：一是昆虫合成对植物PI不敏感的新的消化蛋白酶以规避摄入的植物PI；二是利用新的蛋白酶或多个蛋白酶的组合以降解植物PI。

历经长期的协同进化，家蚕对桑树的适应已毋庸置疑，然而关于其如何适应以及内在的分子机理，仍所知有限。该研究发现，家蚕能够利用因催化三联体缺失导致失活的蛋白酶封阻桑树蛋白酶抑制子，辅助具活性的消化酶完成对食物的消化。

桑树Kunitz类型的蛋白酶抑制子MnKTI-1能够迅速而强烈地响应食桑昆虫家蚕、桑螟、桑尺蠖和叶甲的取食。不仅如此，MnKTI-1能够抵御家蚕的消化酶的攻击，并在家蚕的肠腔中稳定存在。该研究采用体内和体外方法证明桑树Kunitz蛋白酶抑制子MnKTI-1能够与家蚕消化酶结合，并对消化液中的家蚕α-淀粉酶 BmAmy和丝氨酸蛋白酶 BmSP2956具有双重抑制活性。令人意外的是，因催化三联体缺失而失活的丝氨酸蛋白酶 BmSP15920能够逆转桑树MnKTI-1对家蚕淀粉酶BmAmy的抑制作用（图1）。据此，该研究通过研究寡食性昆虫家蚕（silkworm）如何应对其取食植物桑树（mulberry）中的蛋白酶抑制子，揭示了一种新的植食性昆虫应对植物PI（蛋白酶抑制子）的策略：昆虫利用因活性位点突变而失去酶活性的蛋白酶封阻植物中的蛋白酶抑制子。此外，在家蚕消化道中发现了多个类似BmSP15920的蛋白酶，这提示该作用模式可能是家蚕适应桑树蛋白酶抑制子的重要策略。 

图1 家蚕适应桑树PI：利用因催化三联体缺失而失活的蛋白酶封阻桑树蛋白酶抑制子

西南大学资源昆虫高效养殖与利用全国重点实验室为该论文第一完成单位，梁九波副教授为论文的第一作者，博士研究生卢湖林、硕士研究生郝海叶为论文共同第一作者，硕士研究生张奇、陈锴滢参与了该研究；实验室教师罗义维和袁姜莲对该研究提供了帮助，何宁佳教授为论文通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划项目课题（2022YFD1201602）的资助。

文章链接：https://pericles.periclesprod.literatumonline.com/doi/full/10.1002/ps.7994

信息来源：西南大学资源昆虫全国重点实验室

王成树研究组揭示家蚕幼虫获得桑叶表面细菌而拮抗病原真菌感染的机制

2月26日，Microbiome期刊在线发表了王成树研究组题为“From phyllosphere to insect cuticles: silkworms gather antifungal bacteria from mulberry leaves to battle fungal parasite attacks”的研究论文，报道了家蚕幼虫跨界获得桑叶表面细菌而辅助拮抗病原真菌体表感染的现象与机理。

同昆虫肠道微生物组的重要生物学功能类似，昆虫体表细菌菌群可介导定殖抗性(colonization resistance)而防御病原真菌的感染。植食性昆虫通过取食获得植物源的细菌，显著影响昆虫肠道菌群的结构和功能。昆虫在取食和爬行过程中，昆虫体表可同样获得植物叶际或根际细菌，这些细菌对昆虫体表微生物组的结构和功能影响仍不清楚。另外，不同于相对稳定的肠道菌群，昆虫变态发育意味着其体表菌群在蜕皮时会一起“脱落”，而蜕皮后需要重新组装，相关的实验证据仍不充分。

该研究以家蚕幼虫为对象，通过检测4龄末期及5龄后不同天数的幼虫体表细菌证实，家蚕幼虫蜕皮可导致体表细菌数量显著下降，但在蜕皮后的2-3天内可快速组装起大量的细菌。体表细菌分离和拮抗昆虫病原真菌绿僵菌和白僵菌孢子萌发的实验发现，一株松鼠哺乳动物球菌（Mammaliicoccus sciuri）可以在低剂量下完全抑制两种病原真菌孢子的萌发，从而提高幼虫的抗病性。发酵及抑菌分析表明，该菌分泌的具有几丁质酶活性的溶菌酶Msp1可水解真菌细胞、导致细胞破裂，从而发挥重要的抗真菌活性。使用该野生型细菌预处理家蚕5龄幼虫24小时后，病原真菌感染的感染效率显著下降，而Msp1基因缺失突变株的保护效率显著下降。

图1 家蚕幼虫蜕皮后快速重新组装体表微生物组

进一步分离桑叶、家蚕肠道及其粪便细菌表明，松鼠哺乳动物球菌源于桑叶表面，饲喂人工饲料的家蚕幼虫体表及肠道不带有该细菌；而4龄前饲喂桑叶、5龄转换饲喂人工饲料，则该细菌可以与家蚕幼虫形成持续的内、外共生关系，说明家蚕在长期进化过程中，具有获得桑叶来源的细菌而抗病的能力。在人工饲料中添加该细菌，可以抑制由不同曲霉真菌引起的饲料霉变，但不影响家蚕蛹重及茧重，表明该细菌可作为家蚕人工饲养的益生菌。

图2 松鼠哺乳动物球菌分泌具有几丁质酶活性的溶菌酶而破坏真菌细胞壁

该研究结果表明，植食性昆虫通过取食行为获得植物来源的细菌可被用于“重组”其体表微生物组，从而拮抗病原真菌的感染，研究成果为益虫有效保护及害虫高效治理提供了新思路。

图3 桑叶来源的松鼠哺乳动物球菌对于家蚕幼虫生长具有益生菌功能

上海科技大学与中国科学院分子植物科学卓越创新中心联合培养学生赵鹏飞为第一作者，团队成员洪松、陈海敏和高寒春等参与了研究，王成树研究员为通讯作者。该项工作得到了基金委创新研究群体及重点项目等资助。感谢公共技术服务中心电镜平台的帮助和支持。

文章链接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-024-01764-6

信息来源：中国科学院分子植物科学卓越创新中心

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