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杆状病毒感染往往诱导昆虫细胞凋亡(apoptosis)。细胞凋亡作为一种宿主范围决定因子限制了杆状病毒的复制,从而影响了杆状病毒的杀虫范围,限制了杆状病毒杀虫剂在生物防治中大规模的应用;然而,在其长期的进化过程中,杆状病毒也获得了相应的抗细胞凋亡基因以阻止细胞凋亡的发生,从而使杆状病毒在宿主昆虫中能顺利复制。但是,杆状病毒具有种属特异性。根据目前已测序的杆状病毒全基因组序列结果分析,杆状病毒基因组中含有两类抗细胞凋亡的基因家族,即底物竞争性抑制家族(p35家族)和iap家族(inhibitors of apoptosis)。苜蓿丫纹夜蛾核多角体病毒(Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus,AcMNPV)是最早发现也是研究最详细的杆状病毒,尽管该病毒具有比较广泛的宿主域,但是AcMNPV的感染却诱导了SpLi—221细胞的凋亡,而斜纹夜蛾核多角体病毒(Spodoptera litura nucleopolyhedrovirus,SpltNPV)却能在该细胞中顺利复制。对SpltNPV全基因组序列分析结果显示,SpltNPV基因组中含有p35家族的同源基因Splt—p49及Splt—iap4,为了研究这两个基因的抗细胞凋亡功能,本研究利用Bac—to—Bac重组技术,将SpltNPV基因组中抗细胞凋亡基因Splt—p49及Splt—iap4分别重组到缺失了抗细胞凋亡基因p35的重组AcMNPV Bacmid中,研究这几种重组病毒在AcMNPV的受纳宿主细胞Sf9及非受纳宿主细胞SpLi—221中病毒的复制情况。通过光学显微镜观察,凋亡染色实验及DNA阶梯状(ladder)条带实验,结果显示,Splt—p49能够替代Ac—p35在AcMNPV感染Sf9细胞中所起的抗细胞凋亡的作用,而Splt—iap4在病毒感染Sf9细胞中,既不能起替代Ac—35的抗细胞凋亡的作用,也不能延缓病毒诱导的细胞凋亡时序。
AcMNPV感染非受纳宿主细胞SpLi—221可诱导该细胞凋亡并抑制AcMNPV的复制。本实验室先前实验结果表明,AcMNPV及SpltNPV共感染SpLi—221可以抑制细胞凋亡,并挽救AcMNPV的复制。该结果暗示,在SpltNPV基因组中可能存在抑制AcMNPV诱导SpLi—221细胞凋亡的因子。但在本实验中,重组了SpltNPV抗细胞凋亡基因的几个重组AcMNPV在感染SpLi—221细胞后依然诱导了该细胞的凋亡,从而抑制了这几种重组病毒在非受纳宿主细胞SpLi—221中的病毒复制。推测Splt—p49在自身启动子或者AcMNPV ie1启动子的启动下不能表达足够抑制AcMNPV诱导的SpLi—221细胞凋亡所需要的P49蛋白量。所以我们利用SpltNPV ie1启动子及果蝇hsp70热激启动子超量表达Splt—iap4及Splt—p49基因,结果显示在果蝇hsp70热激启动子控制下超量表达Splt—p49基因能够抑制缺失p35的重组AcMNPV感染诱导的SpLi—221细胞的凋亡,但在感染的后期没有观测到病毒多角体的产生。而在SpltNPV ie1启动子控制下超量表达Splt—p49则不能抑制缺失p35的重组AcMNPV诱导的细胞凋亡,推测可能是在重组AcMNPV感染SpLi—221细胞这个系统中,SpltNPV ie1启动子没有果蝇hsp70热激启动子高效,从而无法在早期累积到足够抑制细胞凋亡所需要的有活性的P49蛋白。而Splt—iap4不管在SpltNPV ie1启动子还是果蝇中hsp70热激启动子控制下,都不能抑制SpLi—221细胞凋亡的发生,也不能延缓病毒诱导的细胞凋亡时序,这个结果也与我们实验室先前利用RNAi研究得到的结果一致:SpltNPV病毒感染受纳宿主细胞SpLi—221这个系统中Splt—IAP4不能阻止细胞凋亡的发生。TCID50检测表明,虽然超量表达了Splt—p49基因能够抑制重组AcMNPV诱导的SpLi—221细胞的凋亡,但是该重组病毒不能像SpltNPV感染SpLi—221细胞那样高效地产生子代病毒。Slot blotting结果显示,该重组病毒感染SpLi—221细胞后病毒DNA的复制水平也远远低于SpltNPV感染SpLi—221细胞中病毒DNA的复制水平。以上结果说明单独抗细胞凋亡基因的替换不能恢复AcMNPV在其非受纳宿主细胞SpLi—221中的复制,还存在其它抑制AcMNPV在其非受纳宿主细胞SpLi—221中复制的因子。
本研究为揭示SpltNPV p49及iap4基因与病毒诱导的细胞凋亡的关系提供了有力的证据。