近日，上海科技大学免疫化学研究所杨海涛教授团队受邀在微生物学领域权威学术期刊Environmental Microbiology上发表了题为“Toward an accurate mechanistic understanding of Wolbachia-induced cytoplasmic incompatibility”的综述论文，系统总结了关于沃尔巴克氏菌诱导胞质不相容性的分子机制研究的最新进展。沃尔巴克氏菌诱导的胞质不相容性（Cytoplasmic Incompatibility，CI）对于蚊媒疾病的生物防治十分重要。杨海涛教授团队近两年在该领域持续取得突破性进展：率先解析了CI因子的复合物结构，揭示了CI发生的精细机制（PNAS，2021）；随后又通过对CI因子的改造，实现了人工操纵CI（Nature Communications，2022）。在此基础上，微生物学领域权威学术期刊Environmental Microbiology邀请杨海涛教授团队撰写相关特邀综述是对研究团队近期工作的充分肯定。
近年来，生物防治已成为蚊媒疾病（如疟疾、登革热等）防控的热点。利用昆虫共生细菌沃尔巴克氏菌的方法极为有效。沃尔巴克氏菌可以通过多种方式操纵昆虫的生殖，其中胞质不相容性最为常见，也是控制蚊媒疾病的关键。CI表现为被沃尔巴克氏菌感染的雄性昆虫会导致未感染的雌性昆虫绝育，但可以与被同种沃尔巴克氏菌感染的雌性产生后代。研究发现，CI主要由胞质不相容性因子（CI factor，Cif）导致，而Cif导致CI的分子机制还未被阐明。针对“Cif是如何工作的”这一问题，人们提出了多种不同的模型，其中最为主要的两个是宿主修饰模型(host-modification model，HM)和毒素－抗毒素模型(Toxin-antitode model，TA)。而哪个模型更能准确地反映Cif的工作机制一直处于争论之中。此外，CI现象非常复杂，不同种沃尔巴克氏菌可能导致单向不相容，也可能导致双向不相容，具体分子机制一直不清楚。
图1 沃尔巴克氏菌通过胞质不相容性操纵昆虫生殖
在本综述中，作者系统总结了关于沃尔巴克氏菌诱导胞质不相容性的分子机制研究的最新进展。综合比较了宿主修饰模型和毒素-抗毒素模型，重点探讨了Cif结构研究的最新进展（Xiao et al., PNAS，2021; Wang et al., Nat Commun，2022）与两个主流假说模型的关系，认为近期的一系列研究结果更倾向于支持“毒素-抗毒素”模型。另一方面，作者基于蛋白结构研究提出了Cif进化导致单向或双向不相容的分子机制，为理解不同种沃尔巴克氏菌感染导致的复杂CI现象奠定了基础。最后，作者提出CI分子机制研究中仍待解决的几个关键问题以及未来主要的研究方向。此项工作是杨海涛教授研究团队在CI领域取得的又一重要研究成果，对进一步理解CI的工作机制以及利用沃尔巴克氏菌和CI防控虫媒疾病及农业虫害具有重要意义。
图2 宿主修饰模型和毒素-抗毒素模型
重庆医科大学生命科学研究院副教授王炜、博士后崔闻为本文的共同第一作者。上海科技大学免疫化学研究所和生命科学与技术学院双聘教授杨海涛和重庆医科大学生命科学研究院副教授王炜为本论文共同通讯作者。
原文链接：https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1462-2920.16125
