양봉 Varroa destructor gut 의 프로테오믹 함량은 숙주의 발달 단계에 따라 다릅니다.
페이지 정보
본문
Varroa destructor gut 의 프로테오믹 함량은 숙주의 발달 단계에 따라 다릅니다.
추상적인
기생충의 영양 생리학은 숙주-기생충 상호작용의 기초이지만 종종 간과됩니다. 서부 꿀벌 Apis mellifera 의 주요 해충 중 하나인 Varroa destructor 의 경우 기생충이 섭취한 분자와 조직의 특성은 아직 완전히 이해되지 않았습니다.여기서 V. destructor 의 섭식 생물학은 인공 먹이, 진드기 장의 해부 및 프로테오믹 분석을 통해 탐구되었습니다.더 구체적으로, 굶주린 진드기와 꿀벌을 먹은 진드기에서 추출한 장의 프로테옴을 비교하여 식품 가공에 관여할 가능성이 있는 기생충 단백질과 진드기가 실제로 섭취한 꿀벌 단백질을 모두 강조했습니다.우리는 기생충 소화에 관여할 가능성이 있는 25개의 V. destructor 후보 단백질을 식별 할 수 있었습니다 . 진드기에 감염된 숙주의 발달 단계는 다양하기 때문에 우리는 또한 진드기가 유충, 번데기 또는 성충을 먹을 때 섭취하는 꿀벌 단백질의 정체성과 기원에 초점을 맞추었습니다. 우리는 소비된 꿀벌 단백질의 프로필과 V. destructor 생활 주기 전반에 걸친 변이를 강조했습니다 . 이러한 변이 는 꿀벌 혈림프에서 관찰된 것과 일치하여 이 조직 이 진드기의 식단에서 중요한 부분임을 보여줍니다. 가장 많이 소비되는 꿀벌 단백질의 풍부함의 변화와 그 기능에 기초하여 V. destructor 생식에서 이러한 핵심 후보 영양소의 잠재적 의미도 논의합니다.
저자 요약
Varroa destructor 는 전 세계 현대 양봉에서 주요 기생 해충 중 하나입니다. 동부에서 서부 꿀벌로 숙주를 바꾼 이후, 미성숙 및 성충 단계에서 모두 먹이를 섭취하여 군체를 약화시키고 그 과정에서 여러 치명적인 바이러스를 전파하는 것으로 나타났습니다. 기생충 생물학에서 간과된 측면인 영양은 따라서 V. destructor 생명 주기와 꿀벌 숙주에 미치는 영향을 이해하는 데 중요한 열쇠입니다. 우리는 이 외부 기생충 의 먹이 생리학을 탐구하기 위해 분리된 장의 단백질 함량을 분석하여 섭취한 꿀벌 조직의 단백질 구성과 비교했습니다. 우리는 소화에 관여할 것으로 추정되는 여러 진드기 단백질과 먹이를 먹는 동안 획득한 많은 꿀벌 유래 단백질을 강조했습니다. 꿀벌 혈림프는 진드기의 식단에서 중요한 부분이지만, 특히 진드기가 성충 꿀벌을 먹을 때 식단은 주기 내내 달라질 수 있습니다. 비텔로게닌이나 헥사메린과 같이 가장 규칙적으로 섭취되는 꿀벌 단백질의 풍부함은 꿀벌 발달 기간 내내 다양하며 기생충 생리학에 직접적인 영향을 미칠 수 있습니다. 진드기의 생존과 번식에 필요한 핵심 단백질을 분석하고 식별하면 보다 구체적인 제어 전략을 개발할 수 있는 길이 열릴 것입니다.
소개
기생충과 동물 숙주의 상호작용에 대한 연구는 종종 기생충의 생존이나 행동에 대한 숙주의 영양의 영향에 초점을 맞춥니다[ 1 ]. 반면 기생충의 영양은 간과되거나 숙주에 입히는 피해로 제한되는 경향이 있습니다. 다른 종과 마찬가지로 기생충의 식단과 섭식 생물학은 번식과 생존에 필요한 영양소를 얻는 데 중요합니다[ 2 ~ 4 ]. 따라서 기생충이 먹이를 먹을 때 소비되는 숙주의 조직과 섭취되는 분자를 식별하는 것은 기생충의 생리적 요구와 생태를 더 잘 이해하기 위한 첫 번째 단계입니다[ 5 ]. 이것은 숙주 종이 필수적인 환경적 또는 농업 생태적 역할을 할 때 특히 중요합니다.
수백 가지 작물과 농산물이 꿀벌의 수분에 의존하기 때문에 서부 꿀벌 Apis mellifera 는 이러한 필수 곤충 종의 완벽한 예입니다[ 6 , 7 ]. 다른 사회성 곤충과 마찬가지로 꿀벌은 집단 내에서 퍼지기 위해 사회적 조직으로부터 이익을 얻는 많은 기생충과 병원균으로 고통받습니다[ 8 ]. 지난 수십 년 동안 Varroa destructor가 서부 꿀벌의 주요 체외기생충이 되었습니다[ 9 , 10 ] . 동부 꿀벌( A. cerana )의 이 토착 해충은 숙주를 바꾼 이후로 북반구의 A. mellifera 집단에 피해를 입혔습니다[ 11 ] . 이 기생충 의 영향은 꿀벌의 기생을 통해 직접적으로 미치고 치명적인 바이러스의 전파를 통해 간접적으로 미칩니다[ 12 ~ 14 ]. Varroa destructor 암컷은 분산 단계에서 성충 벌을 기생시키고 먹이로 삼고, 생식 단계에서는 유충과 번데기인 어린 벌을 기생시킵니다. 기생하는 숙주의 발달 단계와 관계없이, 성충 지방체가 분산 단계에서 기생충의 식단에 포함된다는 연구 결과가 나올 때까지 이 진드기는 꿀벌의 혈림프만 먹는 것으로 생각되었습니다[ 15 ]. 최근 Han과 동료들의 연구는 V. destructor 의 전체 몸 내부에서 발견되는 꿀벌 혈림프 단백질에 초점을 맞추었습니다 . 진드기의 식단은 실제로 분산과 생식 단계 사이에 지방체에서 혈림프로 바뀔 것입니다[ 16 ]. 이는 꿀벌 유충 혈림프만 먹고 자란 진드기의 생존에서 알 수 있습니다[ 17 ]. 진드기 생활 주기 전반에 걸친 식단 구성의 변화는 진드기의 생리학에서 중요한 역할을 할 수 있으므로 매우 중요합니다. 식단에서 섭취하는 단백질은 실제로 절지동물의 번식에 필수적인 것으로 간주됩니다[ 18 ]. V. destructor 의 경우 , 전형적인 단백질 섭취 외에도 암컷은 소화되지 않은 숙주 단백질을 직접 사용하여 번식에 필요한 에너지 저장량을 늘릴 수 있는 것으로 보입니다[ 19-21 ] . 따라서 번데기 또는 성충 숙주에서 섭취하여 얻은 몇 가지 특정 꿀벌 단백질은 기생충 대사에 중요합니다[ 19 , 21]. 기생 생활 주기 동안 섭취되는 꿀벌 단백질을 탐구하면 이 주요 외부 기생충에 필요한 핵심 영양소, 숙주 신체에서의 기원 및 기능에 대한 정보를 얻을 수 있습니다.
질량 분석 기반 프로테오믹스는 진드기[ 22 ], 선충류[ 23 ] 또는 원생동물[ 24 ] 과 같은 기생충의 생활 주기를 연구하는 강력한 도구로 등장했습니다 .V . destructor 영양 의 경우 , 프로테오믹스 분석을 사용하여 Han과 그의 동료들은 성충에서의 분산과 번데기에서의 번식 중에 샘플링된 진드기에서 발견되는 꿀벌 혈림프 단백질을 비교할 수 있었습니다.그들은 번데기와 성충을 먹은 진드기 사이에 단백질 프로필에 명확한 변화가 있음을 강조했으며 이 변화를 진드기가 소비하는 조직 유형, 즉 꿀벌 번데기의 혈림프 또는 성충의 지방체에 기인한다고 밝혔습니다.그러나 꿀벌 지방체에서 나오는 프로테오믹스 데이터는 여전히 부족하여 이 첫 번째 분석에 포함할 수 없었습니다.또한 꿀벌 유충을 먹은 진드기도 진드기의 번식 활성화에 결정적인 숙주 발달 단계이므로 고려해야 합니다[ 25 ]. 따라서 우리의 목표는 발달 중에 소비되는 조직과 식이 요구 사항 측면에서 외부 기생충 영양에 대한 더 나은 이해를 얻는 것이었습니다. 이전 연구와 달리 우리는 기생충의 영양과 소화에 관여하는 주요 기관인 진드기의 분리된 장의 프로테옴에 초점을 맞추었습니다. 나아가 인공적으로 굶긴 진드기를 포함하여 진드기 장 내의 벌 단백질과 V. 파괴자 단백질의 존재에 대한 기준선으로 사용했습니다 . 이러한 대조 조건의 존재는 유익하며 기생충 영양에 대한 많은 연구에서 굶주리거나 부분적으로 먹은 개체를 음성 대조군으로 사용합니다[ 26–30 ] . 이러한 기준 수준을 꿀벌 유충, 번데기 또는 성충을 먹은 진드기의 프로테옴과 비교함으로써 굶주린 진드기에 비해 더 많은 양으로 나타나기 때문에 가장 자주 섭취되는 숙주 단백질을 식별하는 것이 가능했습니다. 마찬가지로 추정 소화 V. 파괴자 단백질은 기생충이 꿀벌 조직을 섭취하자마자 동원되며, 굶주린 진드기에 비해 꿀벌을 먹은 진드기에서 상향 조절될 것으로 예상됩니다. 인공 먹이 공급 및 오프젤 바텀업 프로테오믹스를 통해 우리는 다양한 발달 단계(유충, 번데기 및 성충)에서 A. mellifera 표본을 먹은 진드기의 내장에서 프로테오 믹 프로파일을 확대했습니다. V. destructor 내장 에서 얻은 프로테오믹 데이터는 섭취한 것으로 추정되는 두 꿀벌 조직(예: 혈림프 및 지방체)에서 직접 실행한 프로테오믹 분석 결과와 추가로 비교되었습니다. V. destructor 내부에서 발견 된 꿀벌 단백질 내장은 실제로 소비된 꿀벌 조직의 단백질 프로필과 관련이 있을 것으로 예상됩니다. 이는 선택된 세 가지 발달 단계 각각에 대해 진드기가 실제로 섭취한 단백질의 기원과 기생충 수명 주기 전반에 걸친 영양 변화에 대한 정보를 추가로 제공할 수 있습니다. 이용 가능한 영양소는 실제로 꿀벌 발달 단계 사이에서 다를 것으로 예상되며, 이는 결국 중요한 생식 단계 동안 진드기의 생리학에 영향을 미칠 수 있습니다.
결과
진드기 식품 가공에 관여하는 것으로 추정되는 V. 파괴자 단백질 식별
연구에서 성충 암컷 V. destructor의 추출 된 내장에서 총 1,847개의 Acari 단백질을 확인할 수 있었습니다( S1 그림 ). 단백질 풍부도 측정과 그에 따른 먹이 조건에 따른 계산된 비율은 라벨 없는 정량적(LFQ) 질량 분석법(MS 프로테오믹스 전략)을 사용하여 수행했습니다. 이러한 비율을 기반으로 꿀벌 유충, 번데기 또는 성충 숙주를 먹이로 한 진드기와 비교하여 굶주린 진드기에 비해 차별적으로 조절되는(즉, 2보다 높거나 0.5보다 낮음) 특정 Acari 단백질을 강조했습니다( 그림 1 ). 실험 조건에서 하향 조절 경향이 감지되었는데, 감지된 Acari 단백질의 약 63.2%(134/212)가 굶주린 진드기와 비교했을 때 꿀벌을 먹은 진드기에서 하향 조절된 반면 78개(36.8%) 단백질은 상향 조절되었습니다( 그림 1 ). 이 경향은 굶주린 진드기와 비교하여 세 가지 범주(유충, 번데기 또는 성충이 먹은 진드기)에서 모두 유의하게 다른 Acari 단백질만을 고려할 때 변화했습니다. 실제로 18개의 Acari 단백질이 세 가지 범주 모두에서 상향 조절되었고 오직 2개만이 항상 하향 조절되었습니다( 그림 1 및 S1 표). 또한 그림 1 의 18개 단백질에 나열되지 않은 Endochitinase 유사 단백질(XP_022673141.1)은 모든 범주에서 상향 조절되었지만 유충을 먹은 것과 굶긴 것의 요인은 2보다 약간 열등했습니다( S1 표 ). 네 가지 단백질도 세 가지 범주 모두에서 다르게 조절되었지만 다른 방향으로 달랐습니다(S1 표의 Ankyrin 반복 도메인이 포함된 단백질 13 A0A132A0G5, 융모막 과산화효소 T1KYK0, Aldo_ket_red 도메인이 포함된 단백질 T1JXC1 및 특성화되지 않은 단백질 XP_022662294.1 ).
(A) Acari 단백질의 장 프로테오믹 분석에서 비교된 실험군. 24시간 동안 유충, 번데기 또는 성충을 자연적으로 섭취한 진드기를 PBS만 섭취한 굶주린 대조군 진드기와 비교했습니다. V. destructor가 물 공급원이 없는 경우 24시간 이내에 건조로 인해 죽기 때문에 굶주린 상태에서 PBS를 첨가해야 했습니다 [ 44 ] , ( B) 유충을 먹은 진드기와 굶주린 진드기(파란색), 번데기를 먹은 진드기와 굶주린 진드기(보라색), 성충을 먹은 진드기와 굶주린 진드기(주황색) 사이에서 다르게 조절되는 Acari 단백질의 공통적인 수를 보여주는 벤 다이어그램. 녹색과 빨간색 화살표는 각각 상향 및 하향 조절을 나타냅니다. (C) 유충, 번데기, 성충 또는 총체에서 상향 및 하향 조절된 단백질의 양. 각 그룹의 경우, 4마리 진드기의 내장을 모아서 3번 반복하여 분석했습니다(조건당 4마리 진드기의 내장 풀 3개). 유충( https://doi.org/10.7875/togopic.2022.304 )과 번데기 사진( https://doi.org/10.7875/togopic.2022.305 )은 생명 과학 데이터베이스 센터에서 가져왔으며, 사카이 하루와 오노 히로마사가 잉태했습니다.
대부분 상향 조절된 Acari 단백질의 이 축소된 풀에서 가장 대표적인 기능은 운반 또는 분비(7/25)였으며, Vacuolar 단백질 분류 관련 단백질 28 유사체, 용질 캐리어 패밀리 15 멤버 1 유사 단백질, Rab GDP 해리 억제제, 신호 인식 입자 서브유닛 SRP68 유사체, FGGY 탄수화물 키나제 도메인 함유 단백질 유사 동형체 X1, Vesicle-fusing ATPase 또는 Inositol-3-Phosphate synthase[ 29 , 31-37 ]와 같은 단백질 이 있었습니다. 면역 또는 스트레스 반응(5/25)도 Thioredoxin-dependent peroxide reductase 유사 단백질, Solute carrier family 15 member 1 유사 단백질, 단백질 LSM14 유사체 A 유사체, Natterin-4 유사체 및 Chorion peroxidase[ 31 , 32 , 38-43 ]와 함께 잘 표현되었습니다( S1 표 ) . 게다가 식별된 단백질의 절반 이상(16/25 또는 64%)은 다른 진드기, 진드기 또는 흡혈 곤충의 장이나 섭식 상태에 초점을 맞춘 이전 연구에서 이미 발견되었습니다( S1 표 ).
진드기 장 내용물에 대한 단백체학적 탐구를 통해 우리는 진드기가 섭취하는 많은 숙주 유래 단백질에 접근할 수 있었습니다.
관련링크
댓글목록
등록된 댓글이 없습니다.
