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昆虫在与微生物长期相互作用的共进化中,产生了抵御各种各样微生物侵染的快速、多样、有效的先天免疫系统,包括局部免疫反应和系统免疫反应,如上皮组织抗菌肽和活性氧的产生;血细胞对外源微生物的吞噬和包被;脂肪体产生多种抗菌肽(Antimicrobial peptides)等。大多数跟抗菌肽有关的免疫研究都采用非自然的微生物注射诱导来研究昆虫的免疫反应,并着眼于系统免疫器官脂肪体,却忽略了昆虫受微生物侵染的自然途径,如通过取食感染和接触感染,也忽略了抵御微生物第一道屏障的上皮组织,如肠壁细胞和表皮细胞。为了解昆虫对自然入侵微生物的免疫反应,本论文采用喂食革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)和革兰氏阴性菌大肠杆菌(Escherichia coli K12D31)于家蚕(Bombyx mori)的方式进行诱导,用荧光定量PCR的方法检测诱导后家蚕免疫效应因子抗菌肽基因表达情况,通过比较不同微生物诱导下所有已知家蚕抗菌肽基因在肠道组织和脂肪体中的表达水平的差异,包括8大类抗菌肽的23个亚族/成员。以阐明抗菌肽基因对喂食感染微生物诱导的局部免疫和系统免疫的应答模式。获得的主要结果如下:
1、在喂食处理后,不表达的基因有:cecropinC,moricinB4和moricinB5;上调的基因有:革兰氏阴性菌诱导的脂肪体的大多数基因(除了cecropinB亚族和gloverin4外),革兰氏阴性菌诱导的中肠的cecropinE,gloverin4,moricinA2-A3和enbocinl。下调的基因有:革兰氏阴性菌诱导的中肠其它基因;革兰氏阳性菌诱导的所有组织所有基因。
2、家蚕喂食感染金黄色葡萄球菌后,系统对革兰氏阳性菌的免疫反应比局部的免疫反应敏感,表现为大幅度的基因下调,这些基因下调的机制可能与肠道溶菌酶和PGRP-SC1b酰胺酶降解革兰氏阳性菌肽聚糖,继而肽聚糖碎片激发PGRP-LB对IMD途径的负调控有关。
3、家蚕喂食感染大肠杆菌后,虽然上调的系统免疫的基因数略多于局部免疫的基因数,但局部免疫反应的转录表达不可忽视。上调幅度超过5倍的基因在中肠中有两类抗菌肽:moricinA2-A3和cecropinE;在脂肪体中有三类:moricinB1-B3,enbocins和gloverinl。这些基因均涉及识别含DAP-型肽聚糖的革兰氏阴性菌的IMD途径。
4、不论家蚕喂食感染大肠杆菌所引起的抗菌肽基因的上调,或是金黄色葡萄球菌的基因下调,均能诱导中肠的局部免疫反应和脂肪体的系统免疫反应,提示免疫有关信号,如被降解后的肽聚糖片段,可能从肠道的局部免疫传导到脂肪体的系统免疫。
本论文的实验结果和分析,首次为家蚕自然感染的免疫应答机制提供了抗菌肽基因在局部免疫反应组织和系统免疫组织中转录水平差异的数据,间接提示局部免疫与系统免疫在信号传导上存在着潜在的关联,对进一步的昆虫免疫应答机制的研究有着重要的意义。