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我院王炜副教授团队在《Nature Communications》发表人工操纵胞质不相容研究成果

近日,我校澳博注册网站平台王炜副教授团队联合天津大学王泽方教授、耶鲁大学Mark Hochstrasser教授、上海科技大学杨海涛研究员,在国际著名学术期刊《Nature Communications》上发表了题为“Crystal Structures ofWolbachiaCidA and CidB Reveal Determinants of Bacteria-induced Cytoplasmic Incompatibility and Rescue”的研究论文。该研究通过设计沃尔巴克氏菌胞质不相容性因子,实现了人工操纵胞质不相容。这是该团队近期继揭示胞质不相容性的分子机制之后(详见https://kyc.cqmu.edu.cn/info/1061/1915.htm),在抗蚊媒疾病研究领域取得的又一重要进展。

沃尔巴克氏菌(Wolbachia)可通过诱导两性配子结合时的胞质不相容性现象(Cytoplasmic Incompatibility,CI)导致蚊虫“不孕不育”,从而达到控制蚊虫种群数量的目的,是一种高效绿色的生物防治方法。在先前的研究中,王炜等研究人员已发现CI因子(胞质不相容性因子A、B)之间的互作是Wolbachia产生CI现象的关键因素(Xiao et al., PNAS,2021)。据此,团队提出进一步设想:能否通过操纵CI因子的互作控制CI现象?这将为设计新型CI因子以更有效地控制蚊媒病毒传播提供重要工具。

为验证以上设想,王炜团队对来自两种不同的Wolbachia菌株(wPip、wMel)的CI因子(分别为CidAwMel、CidBwMel以及CidAwPip、CidBwPip)进行了全面的研究。该研究首先利用晶体学和AlphaFold预测结合的方法获得了两类不同CI因子的复合物结构(图1a-b),并发现参与互作的氨基酸。随后,对野生型CidAwMel进行改造(将其中参与互作的氨基酸替换为CidAwPip中的对应氨基酸,以下称为CidAwMel(ST)),并发现CidAwMel(ST)可以与CidBwPip发生相互作用,且能够拯救CidBwPip诱导的酵母生长缺陷(图1c-d)。接下来,该研究对CidAwMel(ST)相互作用界面氨基酸进行分组回复突变(得到CidAwMel(ST-1)~CidAwMel(ST-9)),并发现CidAwMel(ST-4)、CidAwMel(ST-7)、CidAwMel(ST-9)失去了与CidBwPip互作以及拯救CidBwPip诱导的酵母生长缺陷的能力(图1d),提示这些区域对于CidAwMel(ST)-CidBwPip的结合起到关键作用。最后,研究团队还解析了CidAwMel(ST)-CidBwPipND1-ND2的复合物结构,证实了人工设计CI因子互作界面氨基酸对结合特异性的贡献(图1e)。

该研究通过人工设计CI因子并调控它们间的相互作用,首次实现了人工操纵胞质不相容,也对今后利用Wolbachia和CI防控蚊媒疾病和农业虫害具有重要意义。

图1. 人工设计的CI因子操纵CI的产生和拯救

王炜副教授、王泽方教授、Mark Hochstrasser教授、杨海涛研究员为该论文共同通讯作者。澳博注册网站平台研究生杨昕、博士后崔闻参与了研究工作。

原文链接如下:

科研处澳博注册网站平台

2022年3月29日

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