КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 22-14-00309
НазваниеМолекулярные и биохимические механизмы иммунного ответа колорадского жука при развитии грибных инфекций и разных физиологических состояниях
Руководитель Крюков Вадим Юрьевич, Доктор биологических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систематики и экологии животных Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл
Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-109 - Паразитология
Ключевые слова иммуно-сигнальные пути, экспрессия генов, инфекции, аскомицеты, гибернация, колорадский жук
Код ГРНТИ34.33.19
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Насекомые могут успешно противостоять различным паразитам и патогенам, а также препятствовать внедрению любых инородных веществ в организм, то есть имеют систему, способную распознавать чужеродных инвайдеров. Комплекс защитных систем насекомых представлен большим набором каскадов, в том числе, иммуно-сигнальными путями Toll, IMD, Jak-Stat, Mesh-Duox. Однако функции и механизмы этих путей относительно детально изучены только для двукрылых насекомых (дрозофила, некоторые виды кровососущих комаров), тогда как для Coleoptera данные исследования фрагментарны. Колорадский жук – наиболее распространенный вредитель картофеля, а также удобный модельный объект для исследований патоген-хозяинных взаимоотношений, ввиду его низкой естественной зараженности во вторичном ареале патобионтными микроорганизмами. Однако ряд грибных патогенов могут вызывать высокую смертность жука в период гибернации или при искусственной обработке питающихся личинок. Исследование иммуно-сигнальных путей колорадского жука находится в настоящее время на самых начальных этапах. В проекте впервые будет проведен анализ экспрессии генов иммуно-сигнальных путей в разных тканях колорадского жука при развитии инфекций, вызываемых его основными грибными патогенами – Beauveria, Metarhizium, Cordyceps (Isaria). Регуляция генов будет оцениваться путем транскриптомного анализа и количественной ПЦР. Кроме того ключевые гуморальные и клеточные реакции иммунитета связанные с продукцией активных форм кислорода, фенолоксидаз, антиоксидантных ферментов будут изучены. Планируется тестирование моделей с использованием стадий развития жука, имеющих разную чувствительностью к аскомицетам, а также использованием грибов, показывающих разные сценарии микозов. Впервые будет проведено исследование динамики иммунных реакций и развития инфекций в течение гибернации. Планируется биоинформатический анализ целевых генов и их продуктов, а также селективное ингибирование определенных звеньев иммуно-сигнальных каскадов с последующей оценкой восприимчивости к грибным патогенам. Проект позволит существенно расширить знания о механизмах работы иммунной системы колорадского жука и Coleoptera в целом. Исследование функционирования иммунитета и динамики микробиоты жука в состоянии гибернации позволит вскрыть ряд новых аспектов взаимоотношений между насекомыми и микроорганизмами. Исследование будет способствовать разработке новых подходов к прогнозу и регуляции численности хозяйственно-значимых видов насекомых.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Крюков В.Ю., Роцкая У.Н., Ярославцква О.Н., Носков Ю.А., Глупов В.В. Expression of Immunity- and Stress-Related Genes during an Intermolt Period in the Colorado Potato Beetle Insects (год публикации - 2022)
Публикации
1.
Старчевская М., Каманова Е., Вяткин Ю., Трегубчак Т., Бауэр Т., Боднев С., РОцкая У., Поленогова О., Крюков В., Антонец Д.
The Metagenomic Analysis of Viral Diversity in Сolorado Potato Beetle Public NGS Data
Viruses, 15, 395 (год публикации - 2023)
10.3390/v15020395
2.
Носков Ю.А., Ярославтсева О.Н., Толоконникова X. П., Жангисина С., Крюков В.Ю.
An Experimental Study on Colorado Potato Beetle Hibernation Under Natural Conditions
JoVE Journal Biology, 201 • e65862 (год публикации - 2023)
10.3791/65862
Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В рамках выполнения завершающего этапа проекта закончен анализ транскриптомов колорадского жука при развитии инфекций Beauveria bassiana и Metarhizium robertsii. Проведена дополнительная аннотация транскриптома с помощью программ InterProScan и ProtInfer, предназначенных для предсказания функциональных свойств белков. В результате была существенно дополнена аннотация для 15863 генов, причем для 3242 генов потенциальные функциональные свойства были определены впервые. Выявлено 399 генов, связанных с иммунным ответом (распознавание, модуляция, сигнальные пути, эффекторы, окислительно-восстановительная система), из которых 175 показали существенное изменение экспрессии в ответ на грибные инфекции. При общей схожести иммунного ответа к двум патогенам установлены и различия, связанные с экспрессией модуляторов фенолоксидазного каскада - сериновых протеиназ и их ингибиторов, а также ряда компонентов сигнального пути Toll, антимикробных пептидов и хитин-деацетилаз, связанных с формированием кутикулы и обладающих антимикробным действием. Наибольшие различия в ответе на разные инфекции были характерны для гемоцитов, по сравнению с жировым телом. Выявленные оверэкспрессируемые гены могут быть потенциальными мишенями для сайленсинга и дальнейшего изучения функционирования иммуно-сигнальных путей колорадского жука.
Нами отработаны способы подавления экспрессии генов транскрипционных факторов основных иммуно-сигнальных путей JAK-STAT, Toll и IMD двуцепочечными (дц) РНК. Показано, что ингибирование путей JAK-STAT- и Toll существенно ускоряет развитие микозов. Кроме того, подавление JAK-STAT и IMD у насекомых, инфицированных грибом, приводит к развитию сочетанных инфекций (увеличение доли случаев с бактериальной и вирусной симптоматикой). Показано, что ингибирование транскрипционного фактора JAK-STAT изменяет экспрессию генов других транскрипционных факторов и антимикробных пептидов в кутикуле и жировом теле колорадского жука, что, по всей видимости, связано с компенсаторными иммунными реакциями. Полученные результаты могут быть использованы для интегрированного контроля вредителя, сочетающего РНК интерференты и патогенные микроорганизмы.
В рамках этапа продолжена работа по изучению функционирования иммунитета и развития инфекций колорадского жука во время зимней спячки. Показана динамика общей бактериальной нагрузки и особенности смены бактериальных сообществ в прегибернационный, гибернационный и пост-гибернационный периоды. На основе проведенного анализа мы показываем, что одной из основных причин гибели колорадского жука в критический период выхода из спячки являются бактерии Pseudomonas и Rhodococcus. Анализ ультратонких срезов кишечника в период гибернации свидетельствует о возможности транслокации указанных бактерий в полость тела насекомого.
В рамках этапа проекта проведено секвенирование различных регионов ДНК для 99-и реальных и потенциальных патобионтов имаго колорадского жука (бактерий, грибов и нематод) в период зимней спячки. Подтверждена гибель насекомого от 2-х криптических видов грибов Beauveria (B. bassiana и B. pseudobassiana). Выявлен ряд новых патогенов жука, в том числе ранее не описанных нематод, наиболее близких к родам Rhabditophanes, Rhabditis, Pristionchus, Chiloplacus и Acrobeloides.
https://www.nature.com/articles/s41598-023-51093-1
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1744-7917.13414
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/437259/Mozhet_li_immunitet_khozyaina_rabotat_na_parazita
Публикации
1.
Антонец М., Боднев С., Роцкая У., Косман Е., Трегубчак Е., Бауэр Т., Азаев М., Крюков В., Антонец Д.
Nearly complete genome sequences of the first two identified Colorado potato beetle viruses
Scientific Reports, 14:352 (год публикации - 2024)
10.1038/s41598-023-51093-1
2.
Крюков В.Ю., Косман Е.С., Слепнева И., Воронцова Я.Л., Поленогова О.В., Казымов Г., Аликина Т., Аханаев Ю.Б., Сидоренко Д., Носков Ю.А., Кривопалов А.В., Кабилов М.Р., Ярославцева О.Н.
Involvement of bacteria in the development of fungal infections in the Colorado potato beetle
Insect Science, 0, 1–21 (год публикации - 2024)
10.1111/1744-7917.13414
3. Крюков В.Ю., Крюкова Н.А., Глупов В.В. Может ли иммунитет хозяина работать на паразита? Наука из первых рук, № 2 (100), 79-97 (год публикации - 2024)
4.
Крюков В., Антонец М., Роцкая У., Кабирова Е., Слепнева И., Воронцова Я., Носков Ю., Каманова Е., Ярославцева О., Фишман В., Антонец Д.
Divergent immune strategies of Colorado potato beetle larvae against the entomopathogenic fungi Metarhizium robertsii and Beauveria bassiana: A comparative transcriptomic analysis
Insect Molecular Biology, DOI: 10.1111/imb.70034 (год публикации - 2026)
DOI: 10.1111/imb.70034
Возможность практического использования результатов
Сформированные базы данных аннотированных генов колорадского жука, уровней их экспрессии при патогенезах, а также базы данных по вирусным фрагментом являются заделом для последующих фундаментальных и прикладных исследований, с целью разработки методов контроля популяций вредителя. Результаты могут быть использованы для совершенствования методов прогноза численности колорадского жука, разработки экологически безопасных препаратов на основе энтомопатогенных микроорганизмов и РНК-интерферентов. Разработанные подходы к исследованию гибернации могут быть использованы и для других экономически значимых насекомых, зимующих в почве.