MicroARN-urile modelează imunitatea socială: o țintă potențială pentru controlul biologic al termitelor Reticulitermes Chinensis

Abstract

Insectele eusociale pot folosi diverse apărări comportamentale și fiziologice împotriva bolilor pentru a evita, rezista și tolera infecțiile patogenice în coloniile lor strâns înrudite și împachetate, denumite imunitate socială. Studii recente au arătat că mai multe molecule servesc imunității sociale ale insectelor, inclusiv mirosuri chimice, veninuri de insecte, proteine ​​legate de sistemul imunitar etc. Cu toate acestea, dacă și cum microARN-urile (miARN), ai căror precursori sunt procesați de Dicer-1, influențează social. imunitatea în coloniile de insecte este încă necunoscută. Aici, am folosit un sistem „gazdă-patogen” (gazdă: Reticulitermes chinensis; agent patogen: Metarhizium anisopliae) pentru a explora impactul miARN-urilor asupra imunității sociale în coloniile de termite. Am descoperit că tăcere mediată de ARN a lui Dicer-1 a condus la scăderea concentrației de miARN, a inhibat semnificativ metabolismul carbohidraților și a energiei și a afectat alte procese de viață, cum ar fi răspunsul imun și reacțiile de oxidare-reducere, în întregul corp al termitei. . În apărarea comportamentală, reducerea la tăcere a lui Dicer-1 a diminuat semnificativ comportamentele sociale defensive, cum ar fi locomoția, îngrijirea, canibalismul și înmormântarea în grupuri de termite atunci când se confruntă cu contaminarea fungică. În apărarea fiziologică, atenuarea Dicer-1 și stimularea miR{- 71-5 au dus la o scădere semnificativă a activităților antifungice ale termitelor. În plus, atât grupurile de termite Dicer-1-silentate, cât și miR-71-5 tratate cu stimulent, au prezentat un nivel ridicat de mortalitate în timpul contaminării fungice. Descoperirile noastre au demonstrat rolul important al miARN-urilor în modelarea imunității sociale în coloniile de termite, oferind informații necesare pentru a înțelege mecanismele potențiale care stau la baza apărării comportamentale și fiziologice împotriva bolilor la insecte și, prin urmare, punând bazele controlului dăunătorilor bazat pe miARN.

cistanche tubulosa-imbunatateste sistemul imunitar

Cuvinte cheie Insectă eusocială · Ciuperci entomopatogene · Apărare împotriva bolii · Dicer-1 · miR-71-5

Mesaj cheie

• miARN-urile au mediat expresii genetice legate de sistemele sociale imunitare.

• miARN-urile au afectat apărarea împotriva bolilor comportamentale în grupurile de termite.

• miARN-urile au influențat apărarea fiziologică împotriva bolilor la indivizii de termite.

• Termiticidele pe bază de miARN ar putea fi considerate accesuri noi la combaterea biologică a dăunătorilor.

Introducere

Termitele sunt dăunători importanți din punct de vedere economic, care costă 30 de miliarde de dolari în întreaga lume și impun daune globale culturilor, copacilor, structurilor din lemn și materialelor celulozice. Pesticidele chimice oferă o cale eficientă de control pentru dăunătorii termitelor, dar creează, de asemenea, probleme grave, punând în pericol sănătatea umană și mediul. Controlul biologic este o alternativă valoroasă care poate aborda aceste probleme. Mai mulți entomopatogeni, cum ar fi Metarhizium și Beauveria, au fost aplicați cu succes pentru controlul biologic al dăunătorilor, ceea ce este rezonabil și eficient (Verma și colab. 2009; Kumar și Upadhyay 2021). Cu toate acestea, controlul biologic al termitelor este nesatisfăcător, în principal din cauza apărării unice împotriva bolii în coloniile de termite. Termitele, fiind insecte eusociale, au evoluat apărări comportamentale și fiziologice individuale pentru a contracara riscul ridicat de răspândire a agenților patogeni infecțioși printre tovarășii de cuib strâns împachetati și strâns înrudiți (denumite „imunitate socială”) (Van Meyel et al. 2018; Liu et al. 2019a). Este bine documentat faptul că termitele desfășoară un repertoriu larg de apărări comportamentale: evitarea este prima linie de apărare și ajută la prevenirea pătrunderii termitelor în zonele poluate (Yanagawa et al. 2015); comportamentul de alarmă se manifestă cu o mișcare oscilatorie longitudinală rapidă pentru a avertiza tovarășii de cuib despre prezența agenților patogeni (Rosengaus et al. 1999); îngrijirea către tovarășii de cuib contaminați cu agenți patogeni poate elimina eficient agenții patogeni din cuticulele de cuib (Liu et al. 2019b); comportamentele de înmormântare și canibalism limitează transmiterea patogenilor de la cadavre la tovarășii de cuib susceptibili (Sun et al. 2016). Răspunsurile fiziologice, cum ar fi răspunsurile imune și reacțiile de oxidare-reducere, servesc, de asemenea, la apărarea bolii termitelor. Răspunsurile imune includ peptide antimicrobiene mediate de imunitatea umorală (AMP) și fagocitoza și încapsularea mediate de imunitatea celulară, care sunt capabile să inhibe replicarea și diseminarea agenților patogeni în cavitatea corpului insectei (Hussain et al. 2013; Liu et al. 2015; Lopez-Uribe și colab. 2016; Hong și colab. 2018). Reacțiile de oxidare-reducere atenuează daunele cauzate de toxine și speciile reactive de oxigen (ROS) în timpul infecțiilor cu patogeni, contribuind la toleranța la insecte (Liu et al. 2015; Zhao et al. 2020; Zhou et al. 2021). În plus, studiile anterioare privind apărarea bolii termitelor au arătat că unii simbioți intestinali au fost o componentă importantă a apărării fiziologice a gazdei (Rosengaus et al. 2014). Unele AMP ar putea fi folosite ca dezinfectanți externi pe suprafața cuticulei și în materialele cuibului atunci când sunt asociate cu comportamente precum îngrijirea și cuibărirea (Bulmer et al. 2009; Hamilton și Bulmer 2012). Prin urmare, slăbirea apărării comportamentale și fiziologice ale termitelor poate fi pasul cheie pentru îmbunătățirea efectului de biocontrol al termitelor.

cistanche beneficii pentru bărbați-întărește sistemul imunitar

Faceți clic aici pentru a vedea produsele Cistanche Enhance Immunity

【Cereți mai multe】 E-mail:cindy.xue@wecistanche.com / Whats App: 0086 18599088692 / Wechat: 18599088692

Baza moleculară a imunității sociale a fost raportată într-un număr tot mai mare de studii. Mai multe molecule, inclusiv mirosuri chimice, secreții externe, antibiotice, proteine ​​imune și chemoreceptori care servesc apărarea comportamentală și fiziologică a insectelor, au fost identificate prin tehnici omice multiple și cromatografie gaz/lichid-spectrometrie de masă (Seipke et al. 2011; Hussain et al. 2013; Terrapon et al. 2014; Liu et al. 2015; Sun et al. 2016; He et al. 2018). În grupurile de termite, mirosul de mucegai al agenților patogeni induce un comportament îmbunătățit de îngrijire (Yanagawa et al. 2011). Semnele de moarte de la cadavrele termitelor induc fie canibalism, fie comportamente de înmormântare (Sun et al. 2016). Secrețiile externe din glandele frontale și salivare și activitatea antimicrobiană mediată de microorganisme benefice ajută termitele să se protejeze pe ei înșiși, tovarășii de cuib și chiar coloniile (Bulmer și colab. 2009; Rosengaus și colab. 2000, 2014; Chouvenc și colab. 2013). Pentru mecanismele genetice și biochimice care conduc imunitatea socială a insectelor, ar putea fi utilizate tehnologiile ARNi și de editare a genelor. La termite, tăcere mediată de ARN a genelor termicinei, proteinei de legare gram-negative 2 (GNBP2), proteinei de legare a seleniului și transglutaminazei (TG) s-a demonstrat că scade semnificativ activitatea antifungică a termitelor și, prin urmare, crește mortalitatea prin infecție (Hamilton). și Bulmer 2012; Zhao și colab. 2020; Zhou și colab. 2021). Izocitrat dehidrogenaza (IDH) ar putea influența metabolismul termitelor, iar dereglarea acesteia induce leziuni apoptotice crescute, ducând la niveluri ridicate de infecții și mortalități (Liu et al. 2020). În plus, GNBP2 și TG servesc și la apărarea comportamentală a termitelor, influențând comportamentele canibalistice și, respectiv, de îngrijire (Zhao et al. 2020; Esparza-Mora et al. 2020). Cu toate acestea, baza moleculară a imunității sociale nu a fost încă înțeleasă clar, în special mecanismul molecular care conduce comportamentele sociale complicate ca răspuns la agenții patogeni infecțioși. În plus, mecanismul genetic și biochimic al imunității sociale se concentrează pe ARN-ul de codificare care conduce la imunitatea socială a insectelor, dar dacă ARN-urile necodificatoare, cum ar fi miARN-urile, participă la reglarea imunității sociale a insectelor este încă neclar.

Dicer-1, o endonuclează RNază III, este esențială pentru etapa finală a biosintezei miARN. miARN-urile sunt ARN endogene, de 18–25 nt, necodificatori, care reglează negativ expresia genelor la nivel posttranscripțional prin împerecherea bazelor între regiunea de semințe din miARN și regiunea potrivită din ARNm țintă (Gomez-Orte și Belles 2009; Wang et al. 2013; Yang și colab. 2014; Lucas și colab. 2015). Deoarece producția de miARN depinde de Dicer-1, funcțiile miARN-urilor în modularea proceselor biologice ale insectelor pot fi studiate prin pierderile funcționale ale Dicer-1. Prin utilizarea mutanților Dicer-1 ai muștelor de fructe, s-a dovedit că miARN-urile funcționează în embriogeneză și morfogeneza neuronului olfactiv (Lee și colab. 2004; Berdnik și colab. 2008). Prin tăcere mediată de ARN a lui Dicer-1, cercetătorii au verificat că miARN-urile joacă un rol cheie în reglarea proceselor de dezvoltare în metamorfoza insectelor, cum ar fi cele la gândaci și lăcuste (Gomez-Orte et al. 2009; Wang et al. 2013). Mai mult, miARN-urile sunt, de asemenea, implicate în modularea comportamentului insectelor. miR-8 și miR{-429 reglează comportamentul de cățărare indus de virus la viermii de bumbac prin controlul direct al expresiei BrZ2 (Zhang et al. 2018). miR-133 reglează sinteza dopaminei și, prin urmare, inhibă agregarea comportamentală la lăcustă (Yang et al. 2014). Pe baza unor astfel de dovezi cu privire la funcția miARN-urilor în fiziologia și comportamentul insectelor, ne-am propus să determinăm efectul miARN-urilor asupra fiziologiei și comportamentului termitelor implicate în imunitatea socială prin utilizarea unui sistem „gazdă-patogen” (gazdă: Reticulitermes chinensis; agent patogen: Metarhizium). anisopliae). Studiul nostru a inclus în principal trei aspecte ale cercetării asupra imunității sociale: efectul miARN-urilor asupra (1) moleculelor in vivo care conduc imunitatea socială; (2) răspunsul defensiv comportamental, cum ar fi locomoția în zonele contaminate cu ciuperci, îngrijirea față de tovarășii de cuib contaminați cu ciuperci și canibalismul/îngroparea față de cadavrele contaminate cu ciuperci; și (3) răspunsul fiziologic de apărare, cum ar fi activitatea antifungică. În plus, am testat efectul dereglării miARN asupra mortalității termitelor contaminate cu ciuperci pentru a evalua efectul miARN-urilor asupra controlului biologic al termitelor. Studiul nostru a dezvăluit mecanismul potențial care stă la baza apărării comportamentale și fiziologice împotriva bolilor și noi ținte pentru controlul dăunătorilor.

cistanche tubulosa-imbunatateste sistemul imunitar

Material si metode

Termite

Toate termitele experimentale din studiul nostru au fost lucrători ai termitei R. chinensis. Acestea au fost colectate de pe dealul Shizi din orașul Wuhan, provincia Hubei, China. Termitele au fost crescute în recipiente de plastic (40×20×20 cm) care conțineau blocuri mici de pin în laborator la o temperatură de 25±1 grade, 80% umiditate relativă și 24 de ore de întuneric.

Entomopatogeni, termite contaminate și cadavre

Ciuperca entomopatogenă M. anisopliae (tulpina IBCCM321.93) a fost cultivată pe agar dextroză de cartofi (PDA) timp de 2 săptămâni la 25±1 grade, 80% umiditate relativă și 24 de ore de întuneric. Conidiile fungice au fost suspendate folosind 1% Tween 80 și păstrate la o temperatură de 4 grade timp de maximum 3-4 săptămâni. Înainte de fiecare experiment, suspensia conidală a fost testată pentru germinare. Am descoperit că suspensia conidiană utilizată pentru contaminarea termitelor a avut o rată de germinare de peste 90%. Pentru a pregăti termite contaminate cu ciuperci, abdomenele termitelor au fost contaminate cu o picătură de 0,3 μL de suspensie de conidii (108 conidii/mL) folosind o pipetă (0,1-2,5 μL, Transferpette). Apoi, termitele contaminate cu ciuperca au fost imediat refrigerate la 4 grade timp de o oră pentru a le inhiba mișcarea și a precipita conidiile fungice pe cuticulele lor (Liu et al. 2015). Pentru a pregăti cadavrele contaminate cu ciuperci, termitele au fost colectate într-un tub de centrifugă de 1,5 ml și apoi congelate în azot lichid timp de 20 de secunde pentru a ucide termitele. Cadavrele au fost scufundate în suspensia de conidii (108 conidii/mL) și apoi plasate într-o cutie Petri sterilă cu hârtie de filtru umedă pentru 0 și 2 zile de cultivare (Sun et al. 2016).

Sinteza ARNdc și a simulantului miARN

Fragmentul Dicer-1 (1697 bp; material suplimentar 1-Text S1) a fost amplificat de primeri specifici (înainte: 5′-CTG CGA CAG ATC ATT GCA CG{-3′; revers: 5′ -CAC TGG CTG TTT TGG CAC TC-3′), și produsele lor PCR au fost purificate utilizând kitul de extracție AxyPrepTM ADN Gel (Axygen Scientific, SUA), donat în vectorul pMD 18-T (TaKaRa, Japonia) și apoi transformată folosind o celulă DH5 competentă din punct de vedere chimic (Tsingke Biotechnology, China). O singură colonie din mediu de bulion de lizogenă (LB) cu ampicilină a fost trimisă la Tsingke Biotechnology Co. Ltd. pentru secvențiere. Alinierea secvenței a arătat că fragmentul nostru a fost Dicer-1. Secvența promotorului T7 (5′-GGA TCC TAA TAC GAC TCA CTA TAG G-3′) a fost adăugată la capătul 5′ al primerilor de amplificare ai Dicer-1 (519 pb; înainte: 5′ -GTG ATG CTG GAG TTG GGT TT-3′; Revers: 5′-AGA ATG AGT CGC CCA ATG TC{-3′) și GFP (467 bp; înainte: 5′-CTT GAA GTT GAC CTT GAT GCC-3′; Revers: 5′-TGG TCC CAA TTC TCG TGG AAC- 3′) șabloane dsARN (material suplimentar 1-Text S1). Produsele PCR ale modelelor dsARN au fost extrase cu hidroxibenzen/cloroform/alcool izoamil (25:24:1) (Solarbio, China). dsRNA a fost generat utilizând un kit de transcripție ARNi T7 (Vazyme Biotech, China) și apoi purificat cu hidroxibenzen/cloroform/alcool izoamilic (50:49:1) (Solarbio). În cele din urmă, dsRNA a fost evaluat utilizând electroforeză pe gel de agaroză și un NanoDrop 2000 (Thermo Scientific, SUA) și stocat la 80 de grade.

Simulantul miR-71-5 a fost un mic ARN dublu catenar proiectat în conformitate cu secvența miR-71-5 (21 nt, material suplimentar 1-Text S1). Șablonul simulantului miR-71-5 a constat din două ADN-uri dublu catenar care conțineau promotorul T7: unul a fost generat de oligonucleotida A1 (5′-GAT CAC TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGT GAA AGA CAT GGG TAA TGA GAA A -3′) și oligonucleotida A2 (5′-TTT CTC ATT ACC CAT GTC TTT CAC CCT ATA GTG AGT CGT ATT AGT GAT C-3′) utilizând PCR la atingere; celălalt a fost generat de oligonucleotida B1 (5′-GAT CAC TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGT CTC ATT ACC CAT GTC TTT CAA A-3′) și oligonucleotida B2 (5′-TTT GAA AGA CAT GGG TAA TGA GAC CCT ATA GTG AGT CGT ATT AGT GAT C-3′) utilizând PCR la atingere. Un simulant de control a fost proiectat în conformitate cu secvența GFP (19 nt, Material suplimentar 1-Text S1). Șablonul simulantului de control a fost dobândit și de două ADN-uri dublu catenar care conțineau promotorul T7: unul a fost generat de oligonucleotida C1 (5′-GAT CAC TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGG CAA GCT GAC CCT GAA GTT AA{{33} }′) și oligonucleotida C2 (5′-TTA ACT TCA GGG TCA GCT TGC CCC TAT AGT GAG TCG TAT TAG TGA TC-3′) folosind PCR de touchdown; celălalt a fost generat de oligonucleotida D1 (5′-GAT CAC TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGA ACT TCA GGG TCA GCT TGC AA-3′) și oligonucleotida D2 (5′-TTG CAA GCT GAC CCT GAA GTT CCC TAT AGT GAG TCG TAT TAG TGA TC-3′) utilizând PCR de touchdown. MiR-71-5 și simulanții de control au fost generați utilizând un kit de transcripție ARNi T7 și apoi extrași cu hidroxibenzen/cloroform/alcool izoamilic (50:49:1). Extractul a fost evaluat utilizând electroforeză pe gel de agaroză și un NanoDrop 2000 și depozitat la -80 de grade.

cistanche beneficii pentru bărbați-întărește sistemul imunitar

hrănirea ARNds

Termitele au fost înfometate timp de 12 ore înainte de a fi hrănite (Zhou et al. 2008; Hamilton and Bulmer 2012). Un total de 18 termite au fost plasate într-o cutie Petri celulară (D =35 mm) cu o bucată de hârtie de filtru (D =18 mm) care a fost umezită cu 60 μL de apă fără RNază care conține 80 ug dsDicer-1, 80 ug dsGFP, 60 ug simulant miARN sau 60 ug simulant de control. Pentru testele biologice de hrănire cu ARNds Dicer-1, termitele au fost lăsate să ingereze hârtia umezită timp de 24 de ore înainte de experimente. Termitele tratate cu GFP au fost considerate martori. Pentru biotestele de hrănire cu simulant miARN, termitele au fost lăsate să ingereze hârtia umezită timp de 48 de ore înainte de experimente. Termitele martor tratate cu simulant au fost considerate martori.

RT-qPCR

Cinci sau șase replici din trei colonii au fost utilizate pentru exprimarea genei utilizând RT-qPCR. Trei termite per replicat per tratament au fost reunite pentru extracția totală de ARN utilizând kitul Direct-zol™ ARN Miniprep (Zymo Research, SUA). Puritatea și concentrația ARN-ului extras au fost determinate folosind un NanoDrop 2000. ARN-ul a fost convertit în cADN utilizând kitul de reactiv PrimeScript™ RT cu gDNA Eraser (Perfect Real Time) (Takara, Japonia). RT-qPCR a fost efectuat cu un sistem QuantStudio™ 3 Real-Time PCR (Thermo Scientific) folosind ChamQ Universal SYBR qPCR Master Mix (Vazyme Biotech). Primerii specifici sunt enumerați în Materialul suplimentar 2-Tabelul S1.

concentrația miARN

Au fost utilizate șase replici din trei colonii pentru a determina concentrația de miARN folosind un kit MiPure Cell/Tissue miRNA (Vazyme Biotech, China). Trei termite per replicat per tratament au fost reunite pentru miARN. Puritatea și concentrația miARN-urilor extrase au fost determinate folosind un NanoDrop 2000.

Secvențierea de novo și analiza transcriptomului pentru

Fifteen termites from three colonies per treatment were pooled for total RNA extraction using TRIzol Reagent (Invitrogen Life Technologies, USA). The concentration, quality, and integrity of the total RNA were determined using a NanoDrop spectrophotometer (Thermo Scientific). Sequencing libraries were generated using the TruSeq Stranded mRNA Sample Prep Kit (Illumina, USA) and sequenced on a HiSeq platform (Illumina) by Shanghai Personal Biotechnology Cp. Ltd. (China). Sequencing data were filtered by Cutadapt (v1.15) software. For the transcriptome sequencing project without a reference genome, Trinity (v2.5.1) software was used to montage clean reads for the transcripts for later analysis. NR (NCBI non-redundant protein sequences), GO (Gene Ontology), KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genome), Egg NOG (Evolutionary genealogy of genes: Non-supervised Orthologous Groups), and Swiss-Prot databases were used for gene functional annotation. Furthermore, DESeq (1.30.0) was used to analyze the differentially expressed genes under the condition of |log2FoldChange(FC)|>1 și p<0.05. The genes were then mapped to GO terms, and the terms with significant enrichment were calculated by hypergeometric distribution under the condition of p<0.05 to reveal the possible functions of the candidate genes. Additionally, the genes were mapped to KEGG pathways to determine their possible functions. 

cistanche tubulosa-imbunatateste sistemul imunitar

Locomoţie

Nouă replici din trei colonii au fost analizate pentru a compara distanța de mișcare a termitelor Dicer-1-silențiate cu cea tratată cu GFP. După o zi de hrănire orală cu dsDicer-1 sau dsGFP, o termită per replicat per tratament a fost plasată într-o nouă placă Petri cu celule (D =90 mm) cu o bucată de hârtie de filtru umezită de suspensia conidiană. (108 conidii/ ml). Apoi, am folosit un marker negru pentru a urmări mișcarea termitei pe un capac transparent timp de 10 secunde. Distanța de mișcare a fost măsurată folosind hârtie grilă (1×1 mm).

Îngrijirea

Au fost analizate nouă replici din trei colonii pentru a compara numărul de comportamente de îngrijire între termitele cu Dicer- 1-silentate și cele tratate cu GFP. După o zi de hrănire orală cu dsDicer-1 sau dsGFP, trei termite per replicat per tratament au fost plasate într-o nouă placă Petri cu celule (D =35 mm) cu o bucată de hârtie de filtru umezită (D{{ 4}} mm) și apoi contaminate cu conidii fungice (108 conidii/mL). Comportamentele au fost înregistrate video timp de 15 minute folosind o cameră digitală HD (SONY, Japonia). Videoclipurile au fost scanate la fiecare 10 s pentru a observa dacă au avut loc comportamente de îngrijire (gurile termitelor către corpurile colegilor de cuib) între termitele contaminate cu ciuperci.

Canibalism

Nouă replici din trei colonii au fost analizate pentru efectul Dicer{{0}} vs. GFP asupra comportamentului canibal față de cadavrele contaminate cu ciuperci. Șase termite per replicat per tratament au fost plasate într-o cutie Petri celulară (D=35 mm) cu o bucată de hârtie de filtru umedă (D=18 mm) care conține dsDicer-1 sau dsGFP. Li s-a permis o zi de hrănire orală cu ARNdc și apoi, un cadavru contaminat cu ciuperci incubat timp de 0 zile a fost plasat în placa Petri celulară unde au fost crescute cele șase termite tratate. După o zi de creștere împreună, cadavrul contaminat cu ciuperci a fost fie consumat complet (scor mare la test=2), mâncat parțial (scor scăzut la test=1), fie nemâncat (fără scor la test{{10} }}) (Material suplimentar 1-Fig. S1) de către cele șase termite.

Înmormântare

Nouă reproduceri din două colonii au fost analizate pentru efectul Dicer-1 vs. GFP asupra comportamentului îngropat al cadavrelor contaminate cu ciuperci. Șase termite per replicat per tratament au fost plasate într-o cutie Petri celulară (D=35 mm) cu o bucată de hârtie de filtru umedă (D=18 mm) care conține dsDicer-1 sau dsGFP. Li sa permis o zi de hrănire orală cu ARNdc. Apoi, un cadavru contaminat cu ciuperci a fost incubat timp de 2 zile și a fost adăugat pământ în vasul Petri în care au fost crescute cele șase termite tratate. După o zi de creștere împreună, cadavrul contaminat cu ciuperci a fost fie complet îngropat (scor mare la test=2), parțial îngropat (scor scăzut la test=1), fie neîngropat (fără scor la test{{10} }}) (Material suplimentar 1-Fig. S2) de către cele șase termite.

Activitate antifungică

Au fost analizate șase replici din trei colonii pentru impactul Dicer{{0}} și miR{-71-5 asupra capacității termitelor de a inhiba creșterea fungică. Cinci termite per replicat per tratament au fost reunite și zdrobite folosind azot lichid și apoi dizolvate în 100 μL de soluție salină 0,9%. Omogenatul a fost centrifugat la 6000 x g timp de cinci minute la 4 grade pentru a produce 80 μL de supernatant. Apoi, supernatantul a fost centrifugat din nou pentru a produce 50 μL de supernatant. Pentru activitatea anti-fungică, a fost utilizată o microplacă 96-godeu pentru a măsura absorbanța probelor, a controalelor de creștere și a martori standard pentru a calcula reducerea creșterii fungice: (1) 50 μL de dextroză de cartofi (PD), 2 μL de conidii fungice (108 conidii/mL) și 5 μL de supernatant per godeu au fost amestecați pentru probă; (2) 50 μL de dextroză de cartofi (PD), 2 μL de conidii fungice (108conidii/mL) și 5 μL de soluție salină 0,9% per godeu au fost amestecate pentru controlul creșterii fungice; (3) 50 μL de dextroză de cartofi (PD) și 7 μL de soluție salină 0,9% per godeu au fost amestecate pentru martor standard. După 24 de ore de cultivare într-un agitator cu temperatură constantă (150 rpm la 25 ± 1 grade), măsurarea a fost efectuată într-un spectrofotometru cu microplăci (600 nm; Thermo Scientific).

Supravieţuire

Pentru a determina efectul hrănirii orale cu dsDicer-1 asupra supraviețuirii termitelor, au fost dislocate termite din trei colonii pentru a determina supraviețuirea Dicer-1-silenced (42 de termite în total, 14 termite per colonie) și GFP- termite tratate (42 de termite în total, 14 termite per colonie) în timpul contaminării fungice. Pentru martori, 56 de termite din două colonii au fost dislocate pentru a determina supraviețuirea termitelor Dicer-1-silentate (28 de termite în total, 14 termite per colonie) și termite tratate cu GFP (28 de termite în total, 14 termite per colonie). La efectuarea experimentelor, șapte termite au fost crescute într-o cutie Petri celulară (D =35 mm) cu o bucată de hârtie de filtru (D =18 mm) umezită cu apă fără RNază care conține dsDicer{{17} } sau dsGFP, în timp ce termitele au fost contaminate cu ciuperci și apoi crescute timp de zece zile pentru observarea zilnică a supraviețuirii lor. Pentru a determina efectul hrănirii orale cu simulant miR-71-5 asupra supraviețuirii termitelor, au fost utilizate termite din trei colonii pentru a determina supraviețuirea miR-71-5 (42 de termite în total, 14 termite per colonie) și control ( 42 de termite în total, 14 termite per colonie) termite tratate cu simulant în timpul contaminării fungice. În plus, au fost dislocate 56 de termite din două colonii pentru a determina supraviețuirea termitelor tratate cu simulant miR- 71-5 (28 de termite în total, 14 termite per colonie) și martor (28 de termite în total, 14 termite per colonie). La efectuarea experimentelor, șapte termite au fost crescute într-o cutie Petri celulară (D=35 mm) cu o bucată de hârtie de filtru (D {= 18 mm) umezită cu apă fără RNază care conține miR{{35} } simulant sau simulant de control. După două zile de hrănire orală, termitele au fost contaminate cu ciuperci și apoi crescute timp de zece zile pentru observarea zilnică a supraviețuirii lor. Termitele moarte au fost îndepărtate la timp.

analize statistice

Toate analizele datelor au fost efectuate în IBM SPSS, versiunea 19. Testul Shapiro-Wilk a fost utilizat pentru a detecta dacă seturile de date au fost distribuite în mod normal. Având în vedere că expresia genelor, canibalismul și datele de înmormântare au fost distribuite anormal, a fost utilizat testul Wilcoxon. Alternativ, datele din concentrația miARN, locomoție, îngrijire și activitatea antifungică au fost distribuite în mod normal și a fost utilizat un test t pereche. Supraviețuirea a fost analizată folosind metoda Kaplan-Meier pentru duratele de viață în diferite condiții de tratament. Nivelul de semnificație a fost p<0.05 in this study.

Rezultate

Profilul de expresie ARNm al termitelor Dicer-1-silențiate

Pentru a determina efectul Dicer{{0}} asupra profilului de expresie genică al termitelor, a fost efectuată secvențierea ARNm a termitelor reduse la tăcere Dicer{-1-. După 1 zi de hrănire orală cu expresia dsDicer-1, Dicer-1 (Fig. 1A; n=6, p < 0,05; testul Wilcoxon) și, prin urmare, concentrația miARN (Fig. 1B; df =5, p<0.05; paired t-test) were significantly decreased in termites. A total of 1262 mRNAs were significantly altered in the whole bodies of Dicer-1-silenced termites (upregulated: 562 mRNAs; downregulated: 700 mRNAs; Fig. 1C and Supplementary material 2-Table S2). The differentially expressed genes (DEGs) were mapped to the salivary secretion, glycolysis, citrate cycle, and 29 other KEGG pathways (Fig. 1D–F and Supplementary material 2-Table S3). In addition, the DEGs were clustered into the ATP generation from ADP, structural constituent of the cuticle, defense response, glutathione transferase activity, oxidation–reduction process, and 171 other GO terms (Fig. 2 and Supplementary material 2-Table S4).

Fig. 1 Profilul expresiei genelor în întregul corp de termite cu licență Dicer-1-. O expresie Dicer-1. Datele sunt prezentate ca medie ± SEM. *p<0.05. B The concentration of miRNAs. The data are shown as the mean±SEM. *p<0.05. C The number of diferentially expressed genes (DEGs). D The DEGs mapped to salivary secretion. ATP1B, Sodium/potassium-transporting ATPase subunit beta; ATP2B, Plasma membrane calcium-transporting ATPase 1; PKC, Protein kinase C alpha type; CALM, Calmodulin-like protein; LYZ, Lysozyme C. E The DEGs mapped to glycolysis. GPI, Glucose-6-phosphate isomerase; PFKC, ATP-dependent 6-phosphor fructokinase; TIM, Triosephosphate isomerase; GAPDH, Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase; PGK, Phosphoglycerate kinase; MINPP1, Multiple inositol polyphosphate phosphatase 1; GPMA, 2,3-bisphosphoglycerate-dependent phosphoglycerate mutase; ENO, Enolase. F DEGs mapped to citrate cycle. PCK, phosphoenolpyru vate carboxykinase [GTP]; PYC, pyruvate carboxylase; MDH1, malate dehydrogenase; SUCD, succinate–CoA ligase [ADP-forming]. Red letters indicate upregulation; blue letters indicate downregulation

Fig. 2 Hărți termice ale DEG grupate în termeni GO legați de apărare. O generație de ATP din ADP. B Constituent structural al cuticulei. C Răspunsul apărării. D Activitatea glutation transferazei. E Proces de oxidare-reducere

Verificarea RT–qPCR a DEG din mRNA-seq

Glicoliza, ciclul citratului și generarea de ATP din ADP au fost legate de metabolismul carbohidraților și energetic, în care opt DEG (gliceraldehidă{{0}}fosfat dehidrogenază, 2,3-mutaza fosfoglicerat dependentă de bisfosfoglicerat, enolaza, triozofosfat izomeraza, 6-fosfofructokinaza dependentă de ATP, fosfoenolpiru vat carboxikinaza [GTP], succinat-CoA ligază [formarea ADP] subunitatea alfa-2 și malat dehidrogenaza) au fost verificate ca fiind semnificativ scădete după Dicer tăcere -1 (Fig. 3A–H; n=6, p < 0,05; testul Wilcoxon), sugerând tulburări ale glicolizei, ciclul citratului, generarea de ATP și, prin urmare, metabolismul carbohidraților și energetic în întregul organism de termite Dicer-1-a redus la tăcere. DEG-urile (defensină și terminicină) în răspunsul de apărare au codificat AMP-uri. Expresia acestor gene a fost semnificativ crescută la termitele cu tăcere Dicer-1-, comparativ cu cea la termitele tratate cu GFP (Fig. 3I, J; n=5 sau 6, p<0.05; Wilcoxon test). In the oxidation–reduction process, cytochrome P450 9e2 and peroxiredoxin-4 were significantly altered after Dicer-1 silencing in termites (Fig. 3K, L; n = 6, p<0.05; Wilcoxon test). These results implied an important effect of Dicer-1 on the immune response and oxidation–reduction reaction in whole-body of the termites. The effect of Dicer‑1 on behavioural disease defences in termite groups 

Pentru a determina efectul Dicer-1 asupra răspunsului comportamental la contaminarea cu ciuperci, am testat patru apărări comportamentale importante, locomoție, îngrijire, canibalism și înmormântare, în termitele reduse la tăcere Dicer-1-. Rezultatele noastre au arătat că locomoția (Fig. 4A, t=7.013, df{=8, p<0.01; paired t-test; Supplementary material 1-Fig. S3 and Video S1), grooming (Fig. 4B, t=5.949, df=8, p<0.01; paired t-test; Supplementary material 1-Fig. S4 and Video S2), cannibalistic (Fig. 4C, n =9, p<0.05; Wilcoxon test; Supplementary material 1-Fig. S1 and Video S3) and burial (Fig. 4D; n=9, p<0.05; Wilcoxon test; Supplementary material 1-Fig. S2 and Video S4) behaviors were significantly reduced in Dicer-1-silenced termites compared to GFP-treated termites, suggesting an important role of Dicer-1 in driving behavioral disease defenses in termite colonies.

Fig. 3 Verificarea RT-qPCR a DEG din mARN-seq. Genele A–H asociate cu metabolismul carbohidraților și energetic. Genele I-J asociate cu răspunsul imun. K–L Gene asociate cu reacțiile de oxidare-reducere. Datele sunt prezentate ca medie ± SEM. *p<0.05

Efectul Dicer-1 și miR-71-5 asupra abilităților antifungice la termite

Pentru a determina efectul miARN-urilor asupra răspunsului fiziologic la contaminarea fungică, am testat activitățile antifungice totale ale termitelor cu tăcere Dicer-1-. Rezultatele noastre au arătat că activitatea antifungică a fost semnificativ scăzută (Fig. 5A; t=-3,046, df=5, p<0.05; paired t-test) in Dicer-1-silenced termites. Furthermore, miR-71-5 was selected for further testing to determine its role in physiological defense, which was chosen according to the comparative profiling of miRNAs and mRNAs in fungus-contaminated versus naive termites and miRNA-mRNA analysis (data unpublished). We found that the antifungal activity (Fig. 5B; t=−4.000, df=5, p<0.05; paired t-test) was significantly reduced in termites treated with miR-71-5 simulants compared to those treated with simulant controls. These results suggested that miRNAs played an important role in driving physiological disease defenses in termites.

Fig. 4 Efectul dereglării miARN asupra comportamentelor sociale defensive la grupurile de termite. A Locomoție, B îngrijire, C canibalistică și D Comportamentele de înmormântare ale grupurilor de termite Dicer-1-reduse la tăcere față de grupurile de termite tratate cu GFP. Datele sunt prezentate ca medie ± SEM. *p<0.05, **p<0.01

Fig. 5 Efectul dereglării miARN asupra apărării fiziologice la indivizii de termite. Activitatea antifungică a termitelor Dicer-1-redusă la tăcere față de termitele tratate cu GFP. B Activitatea antifungică a miR-71-5 față de termitele de control tratate cu simulant. Datele sunt prezentate ca medie ± SEM. *p<0.05

Dicer-1 și miR-71-5 au influențat supraviețuirea termitelor contaminate cu ciuperci

Întrucât atât simulanții dsDicer-1, cât și miR-71-5 au condus la reducerea activității antifungice a termitelor, le-am testat potențialul pentru controlul biologic al termitelor. Am constatat că termitele Dicer-1-tacute la tăcere contaminate cu ciuperci au prezentat o supraviețuire semnificativ scăzută în comparație cu cea a altor termite tratate (ciuperca dsDicer-1+ vs. dsGFP+ciuperca: χ2=81.839, p.<0.001; dsDicer-1+fungus vs dsDicer-1+Tween 80: χ2=63.070, p<0.001; dsDicer-1+fungus vs dsGFP+Tween 80: χ2=65.474, p<0.001). GFP-treated termites contaminated with fungus showed significantly decreased survival compared to the termites without fungal contamination (dsGFP+fungus versus dsDicer-1+Tween 80: χ2=58.636, p<0.001; dsGFP+fungus versus dsGFP+Tween 80: χ2=68.849, p<0.001). There was no significant difference between dsDicer-1- and dsGFP-treated termites without fungal contamination (χ2=2.037, p=0.154) (Fig. 6A). Additionally, the survival of fungus-contaminated termites treated with the miR- 71-5 simulant was signifcantly decreased compared to that of other treated termites (miR-71-5+fungus vs. control+fungus: χ2=63.593, p<0.001; miR-71-5+fungus vs. miR- 71–5+Tween 80: χ2=60.585, p<0.001; miR-71-5+fungus vs. control+Tween 80: χ2=67.129, p<0.001). The survival of fungus-contaminated termites treated with the simulant control was significantly decreased compared to that of the termites without fungal contamination (control+fungus vs. miR-71-5+Tween 80: χ2=61.065, p<0.001; control+fungus vs. control+Tween 80: χ2=68.064, p<0.001). There was no significant difference in survival between termites treated with the miR-71-5 simulant and simulant control without fungal contamination (miR-71-5+Tween 80 vs. control+Tween 80: χ2=1.000, p=0.317) (Fig. 6B). These results suggested a good effect of miRNAs coupled with entomopathogens in biologically controlling termites.

Discuţie

miARN-urile îndeplinesc funcții multiple, cum ar fi reglarea metabolismului carbohidraților și a energiei, răspunsul imun, reacțiile de oxidare-reducere și alte procese de viață în corpurile întregi ale termitelor. După cum era de așteptat, dsDicer-1 ingerat în termite a dus la tăcere Dicer-1 și apoi a redus concentrația de miARN, sugerând inducerea cu succes a dereglării miARN. Analiza transcripției a arătat că tăcere Dicer-1 a fost asociată cu 32 de căi KEGG și 175 de termeni GO. În coloniile de insecte sociale, secreția salivară poate funcționa ca un dezinfectant extern și poate funcționa în combinație cu comportamentul social, cum ar fi trofalaxia, îngrijirea și cuibărirea pentru a îngriji urmașii, tovarășii de cuib și coloniile (Bulmer et al. 2009; Hamilton et al. 2011). ; Hamilton și Bulmer 2012). Glicoliza, ciclul citratului și generarea de ATP din ADP sunt implicate în metabolismul carbohidraților și energetic. Deoarece creșterea răspunsurilor imune și realizarea comportamentelor sociale sunt costisitoare din punct de vedere energetic, tulburările metabolismului carbohidraților și energetic au impact negativ asupra acestor procese (Liu et al. 2020; Hassan et al. 2021a, b; Xu et al. 2021a, b). Componenta structurală a cuticulei se asociază cu cuticulele insectelor, formând prima barieră pentru a împiedica patogenii să invadeze hemocelul (Syazwan et al. 2021). Mai multe DEG implicate în răspunsul de apărare, activitatea glutation transferazei și procesul de oxidare-reducere sunt capabile să codifice peptide antimicrobiene (AMP), proteine ​​de detoxifiere și enzime antioxidante pentru a crește rezistența și toleranța insectelor împotriva agenților patogeni (Liu et al. 2015, 2019a). Este posibil ca aceste funcții legate de apărare să contribuie la imunitatea socială în coloniile de termite. Restul căilor KEGG și al termenilor GO au fost implicați în sistemul nervos, sistemul digestiv, longevitate, dezvoltare etc. (Material suplimentar 2-Tabelul S3 și S4). În plus, unele dintre DEG (de exemplu, carbohidrați și genele metabolismului energetic) din termitele Dicer-1 au fost de la microbi (material suplimentar 2-Tabelul S2), care au fost posibil simbioți intestinali și ar putea fi componente importante. participarea la procesele de viață ale gazdelor. Prin urmare, este posibil ca miARN-urile să aibă un impact global asupra întregului corp al termitei.

Fig. 6 Efectul reglării dys miARN asupra supraviețuirii grupurilor de termite contaminate cu ciuperci. O supraviețuire a termitelor Dicer- 1-silentate versus termite tratate cu GFP, cu sau fără contaminare fungică; B Supraviețuirea miR-71-5 față de termitele martor tratate cu simulant, cu sau fără contaminare fungică. Litere diferite indică diferențe semnificative, p<0.05

Metabolismul carbohidraților și energetic, răspunsul imun și reacțiile de oxidare-reducere sunt importante pentru miARN în stimularea imunității sociale. Comportamentul animal este un proces dependent de energie și, prin urmare, unii inhibitori de energie fac animalele să se miște încet și chiar să moară (Davidson 1930; Schuler și Casida 2001). În coloniile de termite, tulburările de glicoliză sau ciclul citratului au ca rezultat scăderea nivelului de ATP și inhibă comportamentul de locomoție (Hassan și colab. 2021a, b; Xu și colab. 2021a, b). Tulburările ciclului citratului reduc, de asemenea, activitatea antifungică a termitelor, ducând la creșterea infecției și a mortalității (Liu et al. 2020). În plus, deoarece simbioții din intestinele termitelor au fost raportați că participă la apărarea împotriva bolii gazdei prin furnizarea de enzime (Rosengaus et al. 2014) și metaboliți (Inagaki și Matsuura 2018), tulburările metabolice ale simbioților intestinali au fost probabil să reducă imunocompetența derivată de la simbiont. și, prin urmare, a diminuat apărarea împotriva termitelor. În studiul nostru, s-a verificat că opt gene metabolice sunt subreglate în mod semnificativ, ceea ce sugerează tulburări ale glicolizei și ciclul citratului în întregul corp al termitelor reduse la tăcere Dicer-1-. Am sugerat că metabolismul carbohidraților și energetic mediat de miARN a fost un mecanism biochimic important în stimularea imunității sociale și că întreruperea acestui proces ar putea diminua apărarea comportamentală și fiziologică a bolilor în coloniile de termite. Sistemul imunitar al insectelor induce un număr mare de molecule efectoare pentru a combate agenții patogeni in vivo. Defensinele sunt AMP compacte, bogate în cisteină și rezistente la protează, cu activitate cu spectru larg împotriva bacteriilor, ciupercilor și a altor paraziți (Weber 2021). Termicina este o defensină antifungică specifică termitelor a cărei tăcere are ca rezultat scăderea activității antifungice și, prin urmare, o mortalitate crescută a termitelor contaminate cu ciuperci (Hamilton și Bulmer 2012). Detoxifierea insectelor și sistemele antioxidante funcționează adesea împreună cu sistemul imunitar, ceea ce reduce eficient riscul de toxine și ROS în timpul interacțiunilor gazdă-patogen (Syazwan et al. 2021). Monooxigenazele citocromului P450 sunt responsabile pentru catalizarea oxidării și metabolismului toxinelor patogene și producerea radicalilor liberi sau ROS (Shankar și Mehendale 2014). Familia peroxiredoxinelor include enzime antioxidante care catalizează reducerea ROS (Xu et al. 2021a; b). Rezultatele noastre au verificat că tăcere Dicer-1 a modificat semnificativ expresia genei defensinei, tricinei, citocromului P{450 9e2 și peroxiredoxinei{-4, indicând că miARN-urile au jucat un rol important în reglarea răspunsului imun și reacții de oxidare-reducere în întregul corp al termitei. Prin urmare, sugerăm că metabolismul carbohidraților și energetic, răspunsul imunitar și reacțiile de oxidare-reducere pot participa la mecanismul de conducere al imunității sociale în formă de miARN, iar perturbarea lor poate avea un impact negativ asupra imunității sociale în coloniile de termite.

cistanche tubulosa-imbunatateste sistemul imunitar

Într-adevăr, dereglarea miARN are un impact negativ asupra mișcării și, prin urmare, apărării comportamentale în coloniile de termite. Spre deosebire de insectele solitare, insectele sociale au dezvoltat un repertoriu bogat de apărări comportamentale, detectând în mod colectiv prezența agenților patogeni, limitând răspândirea agenților patogeni și reducând riscul de infecție al indivizilor (Van Meyel et al. 2018; Liu et al. 2019a). Lucrătorii mai în vârstă îndeplinesc sarcini periculoase în afara cuibului și sunt ușor contaminați. Când sunt contaminați, tovarășii de cuib tind să se unească și să-și îngrijească lucrătorii contaminați (Liu et al. 2019b). Atât muncitorii contaminați, cât și îngrijitorii lor măresc distanța față de restul tovarășilor de cuib naivi. Lucrătorii asistente duc puii mai adânc în adâncimea coloniei pentru a crește distanța față de lucrătorii contaminați (Stroeymeyt et al. 2018). Aceste rezultate arată că o creștere a distanței fizice dintre membrii coloniei este o strategie eficientă pentru limitarea transmiterii patogenului [numită „imunitate organizațională” (Liu et al. 2019a)], iar locomoția ar trebui să fie un comportament social important, deoarece ajustează adaptiv distanța dintre indivizii contaminați și tovarășii de cuib naivi. Hassan și colegii săi au descoperit că termitele și-au îmbunătățit semnificativ locomoția în timpul contaminării fungice, demonstrând și mai mult locomoția ca răspuns la agenții patogeni (Hassan et al. 2021a, b). În plus, comportamentele de îngrijire, canibalism și înmormântare sunt binecunoscute în gestionarea persoanelor și cadavrelor contaminate din coloniile de insecte sociale. La termitele contaminate cu ciuperci, comportamentul de îngrijire are loc imediat, înainte de germinare (Liu et al. 2019b). În schimb, comportamentul canibal apare numai după ce indivizii contaminați se îmbolnăvesc vizibil (Davis et al. 2018). Pentru gestionarea cadavrelor, cadavrele proaspete sunt adesea considerate recompense nutriționale și induc canibalismul prin producerea unui semnal de moarte timpurie. În schimb, cadavrele degradate sunt considerate riscuri de infecție și induc înmormântarea prin producerea de indicii de moarte târzie (Sun et al. 2016). Aici, am descoperit că tăcere Dicer-1 a inhibat semnificativ locomoția și alte mișcări, cum ar fi comportamentele de îngrijire, canibal și înmormântare, sugerând că dereglarea miARN a prezentat un efect general asupra mișcării termitelor și, în consecință, a afectat apărarea comportamentală împotriva agenților patogeni, a agenților patogeni. tovarășii de cuib contaminați și cadavrele contaminate cu agenți patogeni în coloniile de termite. Pentru mecanismul de conducere, carbohidrații mediat de miARN și metabolismul energetic ar putea fi considerat unul dintre cei mai importanți factori biochimici (a se vedea discuția de mai sus). Prin urmare, miARN-urile ar putea modela apărarea comportamentală a termitelor.

Dereglarea miRNA a avut, de asemenea, un impact negativ asupra apărării fiziologice a termitelor. În mod normal, termitele își măresc capacitatea antifungică prin reglarea genelor imune pentru a-și spori apărarea fiziologică (Liu et al. 2015). Substanțele antifungice derivate din simbioți intestinali oferă termitelor capacitatea de a inhiba creșterea fungică pentru a le spori apărarea fiziologică (Rosengaus et al. 2014). Prin urmare, activitatea antifungică totală a fost un indicator eficient al apărării fiziologice a termitelor împotriva bolii. Studii recente au arătat că nu numai genele imune, ci și metabolismul carbohidraților și genele antioxidante au fost raportate a fi componente importante care afectează activitatea antifungică a termitelor (Liu et al. 2020; Zhao et al. 2020; Zhou et al. 2021). Termitele defaunate au fost mai vulnerabile la contaminarea fungică (Rosengaus et al. 2014). Deși a crescut expresia genelor imune, cum ar fi defensina și tricina, dereglarea miARN mediată de Dicer-1-a scăzut expresia metabolismului carbohidraților și a genelor antioxidante în termite sau simbioți intestinali și, prin urmare, a redus semnificativ activitatea antifungică totală a termitelor. În plus, termitele tratate cu simulant miR-71-5 au prezentat, de asemenea, o scădere a activității antifungice totale, sugerând în continuare impactul negativ al dereglării miARN asupra apărării fiziologice la termite. În plus, grupurile de termite hrănite fie cu simulant dsDicer-1, fie miR{-71-5 au fost mai vulnerabile la contaminarea fungică, arătând o creștere a mortalității prin infecție. Prin urmare, miRNA-urile ar putea modela imunitatea socială prin conducerea apărării împotriva bolilor atât comportamentale, cât și fiziologice în coloniile de termite.

Fig. 7 Mecanisme potențiale care stau la baza imunității sociale în coloniile de termite și ținte noi pentru controlul biologic al dăunătorilor. miARN-urile afectează pe scară largă întregul organism al termitelor, inclusiv carbohidrații A și metabolismul energetic, răspunsul imun B, reacțiile de oxidare-reducere C, etc. S-a raportat că D carbohidrații și metabolismul energetic joacă un rol important în reglarea comportamentului și a activității antifungice la termite. Prin urmare, carbohidrații mediat de miARN și metabolismul energetic ar fi probabil unul dintre factorii genetici și biochimici care conduc la apărarea comportamentală (cum ar fi locomoția, îngrijirea, canibalismul și înmormântarea) și fiziologice (activitatea antifungică) în coloniile de termite. E Răspunsul imun a ajutat termitele să inhibe replicarea și diseminarea agenților patogeni în cavitatea corpului. Reacția de oxidare-reducere a protejat termitele de daunele cauzate de toxine și ROS din interacțiunile „gazdă-patogen”. Prin urmare, răspunsul imun mediat de miARN și reacția de oxidare-reducere joacă un rol important în apărarea fiziologică a bolilor la termite. MiRNA-urile F au modelat imunitatea socială prin conducerea apărării comportamentale și fiziologice împotriva bolilor în coloniile de termite. Prin țintirea miARN-urilor, am putea crește în mod artificial susceptibilitatea coloniilor de termite la entomopatogeni și, în consecință, am putea îmbunătăți controlul biologic al termitelor..

După cunoștințele noastre, acesta este primul raport al mecanismului potențial al miARN-urilor care stau la baza imunității sociale în coloniile de termite. miARN-urile pot afecta secreția salivară, metabolismul carbohidraților și energetic, generarea de cuticule, răspunsurile imune, reacțiile de oxidare-reducere etc. Printre acestea, metabolismul carbohidraților și energetic este probabil un factor biochimic important în apărarea comportamentală, cum ar fi locomoția, îngrijirea, canibalismul, și îngroparea în colonii de termite. În plus, metabolismul carbohidraților și a energiei, răspunsul imunitar și reacțiile de oxidare-reducere sunt probabil să participe la apărarea fiziologică a termitelor, cum ar fi activitatea antifungică.

Prin urmare, imunitatea socială în formă de miARN poate influența susceptibilitatea coloniilor de termite la ciupercile entomopatogene; prin urmare, miARN-urile pot fi ținte eficiente pentru controlul biologic al termitelor (Fig. 7). Numeroase studii au demonstrat că tăcere mediată de ARNi a genelor țintă ar putea duce la moartea insectelor, cu un potențial considerabil pentru controlul dăunătorilor insectelor. În combaterea dăunătorilor termitelor, Zhou et al. (2008) au vizat mai întâi genele endoglucanazei și hexamerilor prin hrănirea dsARN, demonstrând fezabilitatea termicidelor pe bază de ARNi. Pentru a spori efectul letal în coloniile de termite, au fost folosite termiticide pe bază de ARNi cuplate cu ciuperci entomopatogene infecțioase. Tăcere mediată de ARN a tricinei, GNBP2, TG, IDH și a altor gene de codificare cuplate cu Metarhizium ar putea crește semnificativ susceptibilitatea tovarășilor de cuib la conidiile fungice transferate social și, prin urmare, poate duce la o rată crescută a mortalității prin infecție (Hamilton și Bulmer 2012; Liu și colab. . 2020; Zhao și colab. 2020; Zhou și colab. 2021). În studiul nostru, am demonstrat fezabilitatea țintirii ARN-urilor necodificatoare mici prin hrănire pentru a optimiza controlul biologic al termitelor folosind Metarhizium. În comparație cu dsRNA-urile care vizează în mod specific o genă, miARN-urile au fost capabile să țintească un număr de gene cu aceleași funcții sau funcții diferite, având, prin urmare, un impact cu spectru larg asupra proceselor de viață ale termitelor. Prin urmare, prin țintirea miARN-urilor, grupurile de termite au prezentat o apărare comportamentală și fiziologică diminuată a bolii atât la nivel de grup, cât și la nivel individual, sugerând inhibarea cu spectru larg a imunității sociale de termite. Prin țintirea miARN-urilor, grupurile de termite au prezentat, în consecință, un nivel ridicat de mortalitate în timpul contaminării fungice, sugerând că miARN-urile ar putea fi folosite ca termiticide pentru a îmbunătăți controlul biologic al termitelor prin diminuarea imunității lor sociale. Prin urmare, miARN-urile ar putea fi considerate potențiale noi ținte pentru controlul dăunătorilor insectelor.

Referințe

Berdnik D, Fan AP, Potter CJ, Luo L (2008) Calea de procesare a microARN reglează morfogeneza neuronului olfactiv. Curr Biol 18:1754–1759. https://doi.org/10.1016/j.cub.2008.09.045

Bulmer MS, Bachelet I, Raman R, Rosengaus RB, Sasisekharan R (2009) Vizând o funcție de efector antimicrobian în imunitatea insectelor ca strategie de control al dăunătorilor. Proc Natl Acad Sci USA 106:12652–12657. https://doi.org/10.1073/pnas.0904063106

Chouvenc T, Efstathion CA, Elliott ML, Su NY (2013) Rezistență extinsă la boli care emerge din cuibul fecal al unui termit subteran. Proc R Soc B 280:20131885. https://doi.org/10.1098/ rspb.2013.1885

Davidson WM (1930) Rotenona ca insecticid de contact. J Econ Entomol 23:868–874. https://doi.org/10.1093/JEE/23.5.868

Davis HE, Meconcelli S, Radek R, McMahon DP (2018) Termitele își modelează răspunsul comportamental colectiv în funcție de stadiul infecției. Sci Rep 8:14433. https://doi.org/10.1038/ s41598-018-32721-7

Esparza-Mora MA, Davis HE, Meconcelli S, Plarre R, McMahon DP (2020) Inhibarea unei molecule imune secretate interferează cu imunitatea socială a termitelor. Front Ecol Evol 8:75. https://doi.org/10. 3389/fevo.2020.00075

Gomez-Orte E, Belles X (2009) Metamorfoza dependentă de microARN la insectele hemimetabolan. Proc Natl Acad Sci USA 106:21678– 21682. https://doi.org/10.1073/pnas.0907391106

Hamilton C, Bulmer MS (2012) Apărare antifungică moleculară în termitele subterane: interferența ARN dezvăluie rolurile in vivo ale terminalului și ale GNBP-urilor împotriva unui agent patogen întâlnit în mod natural. Dev Comp Immunol 36:372–377. https://doi.org/10.1016/j.dci. 008.07.2011

Hamilton C, Lejeune BT, Rosengaus RB (2011) Trofalaxie și profilaxie: imunitatea socială la furnica dulgherCamponotus pennsylvanicus. Biol Lett 7:89–92. https://doi.org/10.1098/rsbl. 2010.0466

Hassan A, Huang Q, Mehmood N, Xu H, Zhou W, Gao Y (2021a) Alterarea locomoției termitelor și allogrooming-ului ca răspuns la infecția cu ciuperci patogene. J Econ Entomol 114:1256– 1263. https://doi.org/10.1093/jee/toab071

Hassan A, Huang Q, Xu H, Wu J, Mehmood N (2021b) Silencing of thefosfofructokinazagena afectează glicoliza și provoacă o locomoție anormală la termita subteranăReticulitermes chinensisSnyder. Insect Mol Biol 30:57–70. https://doi.org/10. 1111/imb.12672

He S et al (2018) Soldații termite contribuie la imunitatea socială prin sintetizarea secrețiilor orale puternice. Insect Mol Biol 27:564–576. https://doi.org/10.1111/imb.12499

Hong M, Hwang D, Cho S (2018) Morfologia hemocitelor și răspunsul imun celular la termite (Reticulitermes speratus). J Insect Sci 18:46. https://doi.org/10.1093/jisesa/iey039

Hussain A, Li YF, Cheng Y, Liu Y, Chen CC, Wen SY (2013) Immune-related transcriptome ofCoptotermes formosanusMuncitorii Shiraki: mecanismul de apărare. PLoS ONE 8:e69543. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0069543

Inagaki T, Matsuura K (2018) Mutualismul extins între termite și microbii intestinali: simbioții nutriționali contribuie la igiena cuibului. Sci Nat 105:52. https://doi.org/10.1007/ s00114-018-1580-a

Kumar S, Upadhyay RK (2021) Potențialul anti-termite al diferiților constituenți bio-organici, cu referire specială la familia Asteraceae. WJPR 10:1109–1149. https://doi.org/10.20959/wjpr2 0213-19977

Lee YS et al (2004) Roluri distincte pentruDrosophilaDicer-1 și Dicer-2 în căile de tăcere siRNA/miARN. Celula 117:69– 81. https://doi.org/10.1016/S0092-8674(04)00261-2

Liu L, Li GH, Sun PD, Lei CL, Huang QY (2015) Verificarea experimentală și baza moleculară a imunizării active împotriva agenților patogeni fungici la termite. Sci Rep 5:15106. https://doi.org/ 10.1038/srep15106

Liu L, Wang W, Liu YL, Sun PD, Lei CL, Huang QY (2019a) Influența comportamentului allogrooming asupra imunității înnăscute individuale în termita subteranăReticulitermes chinensis(Isoptera: Rhinotermitidae). J Insect Sci 19:6. https://doi.org/10.1093/jisesa/ iey119

Liu L, Zhao XY, Tang QB, Lei CL, Huang QY (2019b) Mecanismele imunității sociale împotriva infecțiilor fungice la insectele eusociale. Toxine 11:244. https://doi.org/10.3390/toxins11050244

Liu L, Wang CC, Zhao XY, Guan JX, Lei CL, Huang QY (2020) Tulburările metabolice mediate de izocitrat dehidrogenază perturbă imunizarea activă împotriva agenților patogeni fungici la termite eusociale. J Pest Sci 93:291–301. https://doi.org/10.1007/ s10340-019-01164-a

Lopez-Uribe MM, Sconiers WB, Frank SD, Dunn RR, Tarpy DR (2016) Răspunsul imun celular redus în liniile sociale de insecte. Biol Lett 12:20150984. https://doi.org/10.1098/rsbl.2015. 0984

Lucas KJ, Zhao B, Liu S, Raikhel AS (2015) Reglarea proceselor fiziologice prin microARN la insecte. Curr Opin Insect Sci 11:1–7. https://doi.org/10.1016/j.cois.2015.06.004

Rosengaus RB, Jordan C, Lefebvre ML, Traniello JFA (1999) Comportamentul de alarmă patogen într-o termită: O nouă formă de comunicare la insectele sociale. Naturwissenschaften 86:544–548. https://doi.org/ 10.1007/s001140050672

Rosengaus RB, Lefebvre ML, Traniello JFA (2000) Inhibarea germinării sporilor fungici de către nasutitermes: dovezi pentru un posibil rol antiseptic al secrețiilor defensive ale soldaților. J Chem Ecol 26:21–39. https://doi.org/10.1023/A:1005481209579

Rosengaus RB, Schultheis KF, Yalonetskaya A, Bulmer MS, DuComb WS, Benson RW, Thottam JP, Godoy-Carter V (2014) Symbiont derived -1,3-glucanazes in a social insect: mutualism beyond nutrition . Front Microbiol 5:607. https://doi.org/10.3389/fmicb. 2014.00607

Schuler F, Casida JE (2001) Ținta insecticidului în subunitatea PSST a complexului I. Pest Manag Sci 57:932–940. https://doi.org/10. 1002/ps.364

Seipke RF et al (2011) A singleStreptomycessymbiont produce mai multe antifungice pentru a susține furnica care cultivă ciuperciAcromyrmex octospinosus. PLoS ONE 6:e22028. https://doi.org/10.1371/journ al.pone.0022028

Shankar K, Mehendale HM (2014) Citocromul P450. În: Wexler P (ed) Enciclopedia de toxicologie. Academic Press, pp 1125–1127 Stroeymeyt N, Grasse AV, Crespi A, Mersch DP, Cremer S, Keller L (2018) Social network plasticity reduces disease transmission in a eusocial insect. Science 362:941–945. https://doi.org/10.1126/ science.aat4793

Sun Q, Haynes KF, Zhou XG (2016) Schimbările dinamice ale semnelor de moarte modulează riscurile și recompensele gestionării cadavrelor la o insectă socială. Funct Ecol 31:697–706. https://doi.org/10.1111/1365- 2435.12754

Syazwan SA, Lee SY, Sajap AS, Lau WH, Omar D, Mohamed R (2021) Interacțiunea dintreMetarhizium anisopliaeși gazda ei, termita subteranăCoptotermes curvignathusîn timpul procesului de infecție. Biologie 10:263. https://doi.org/10.3390/biolo gy10040263

Terrapon N și colab. (2014) Urme moleculare ale organizării sociale alternative într-un genom de termite. Nat Commun 5:3636. https://doi.org/10. 1038/ncomms4636

Van Meyel S, Körner M, Meunier J (2018) Imunitatea socială: de ce ar trebui să-i studiem natura, evoluția și funcțiile în toate sistemele sociale. Curr Opin Insect Sci 28:1–7. https://doi.org/10.1016/j. cois.2018.03.004

Verma M, Sharma S, Prasad R (2009) Alternative biologice pentru controlul termitelor: o revizuire. Int Biodeter Biodegr 63:959–972. https:// doi.org/10.1016/j.ibiod.2009.05.009

Wang YL, Yang ML, Jiang F, Zhang JZ, Kang L (2013) Dezvoltarea dependentă de microARN dezvăluită prin tăcere a genei mediată de interferența ARN aLmDicer1în lăcusta migratoare. Insect Sci 20:53–60. https://doi.org/10.1111/j.1744-7917.2012.01542.x

Weber F (2021) Imunitatea înnăscută antivirală: introducere. În: Bamford DH, Zuckerman M (eds) Enciclopedia de virologie. Elsevier, pp. 577–583 Xu H, Huang QY, Gao YY, Wu J, Hassan A, Liu YT (2021a)IDHknockdown modifică comportamentul de căutare a hranei la termităodontocetes formosanusîn contexte sociale diferite. Curr Zool 67:609. https:// doi.org/10.1093/cz/zoab032 Xu Z, Zeng X, Li M, Liao J, Chen Q (2021b) MicroARN-383 promovează autofagia indusă de specii reactive de oxigen prin reglarea în jos a peroxiredoxinei 3 în gliomul uman celule U87. Exp Ther Med 21:439. https://doi.org/10.3892/etm.2021.9870

Yanagawa A, Fujiwara-Tsujii N, Akino T, Yoshimura T, Yanagawa T, Shimizu S (2011) Mirosul de mucegai al entomopatogenilor îmbunătățește comportamentele de prevenire a bolilor la termiteCoptotermes formosanus. J Invertebr Pathol 108:1–6. https://doi.org/10.1016/j.jip.2011. 06.001

Yanagawa A, Imai T, Akino T, Toh Y, Yoshimura T (2015) Indiciile olfactive de la ciuperca patogenă afectează direcția de mișcare a termitelor,Coptotermes formosanus. J Chem Ecol 41:1118– 1126. https://doi.org/10.1007/s10886-015-0649-8

Yang ML et al (2014) MicroARN-133 inhibă agregarea comportamentală prin controlul sintezei dopaminei la lăcuste. PLoS Genet 10:e1004206. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004206