MicroRNA는 사회적 면역을 형성합니다: 흰개미 Reticulitermes Chinensis의 생물학적 통제를 위한 잠재적인 표적

추상적인

진사회성 곤충은 밀접하게 관련되어 있고 밀집된 군집에서 병원체 감염을 피하고, 저항하고, 관용하기 위해 다양한 행동 및 생리학적 질병 방어를 사용할 수 있습니다. 이를 사회적 면역이라고 합니다. 최근 연구에 따르면 여러 분자가 화학적 냄새, 곤충 독, 면역 관련 단백질 등을 포함하여 곤충의 사회적 면역 역할을 하는 것으로 나타났습니다. 그러나 전구체가 Dicer-1에 의해 처리되는 microRNA(miRNA)가 사회적 면역을 촉진하는지 여부와 방법은 다음과 같습니다. 곤충 군집의 면역성은 아직 알려져 있지 않습니다. 여기서는 miRNA가 흰개미 식민지의 사회적 면역에 미치는 영향을 조사하기 위해 '숙주-병원체' 시스템(숙주: Reticulitermes chinensis, 병원체: Metarhizium anisopliae)을 사용했습니다. 우리는 Dicer-1의 RNAi 매개 침묵이 miRNA 농도 감소로 인해 탄수화물과 에너지 대사를 크게 억제하고 흰개미 몸 전체에서 면역 반응 및 산화 환원 반응과 같은 다른 생명 과정에 영향을 미친다는 것을 발견했습니다. . 행동 방어에서 Dicer-1를 침묵시키면 운동, 손질, 식인 풍습, 곰팡이 오염에 직면했을 때 흰개미 집단 매장과 같은 방어적인 사회적 행동이 크게 감소했습니다. 생리학적 방어에서 Dicer-1 침묵과 miR- 71-5 자극은 흰개미의 항진균 활동을 크게 감소시켰습니다. 더욱이, Dicer-1-침묵 흰개미 그룹과 miR-71-5 자극제 처리 흰개미 그룹 모두 곰팡이 오염 동안 높은 수준의 사망률을 나타냈습니다. 우리의 연구 결과는 흰개미 군집에서 사회적 면역을 형성하는 데 있어 miRNA의 중요한 역할을 입증했으며, 곤충의 행동 및 생리학적 질병 방어의 기본 메커니즘을 이해하는 데 필요한 통찰력을 제공하고 따라서 miRNA 기반 해충 방제를 위한 토대를 마련했습니다.

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키워드 진사회성 곤충 · 곤충병원성 진균 · 질병 방어 · 다이서-1 · miR-71-5

핵심 메시지

• 사회적 면역체계와 관련된 miRNA 매개 유전자 발현.

• miRNA는 흰개미 그룹의 행동 질병 방어에 영향을 미쳤습니다.

• miRNA는 흰개미 개체의 생리학적 질병 방어에 영향을 미쳤습니다.

• miRNA 기반 흰개미제는 생물학적 해충 방제에 대한 새로운 접근 방식으로 간주될 수 있습니다.

소개

흰개미는 경제적으로 중요한 해충으로 전 세계적으로 300억 달러의 비용이 들고 농작물, 나무, 목재 구조물 및 셀룰로오스 재료에 세계적인 피해를 줍니다. 화학 살충제는 흰개미 해충에 대한 효과적인 방제 수단을 제공하지만 심각한 문제를 야기하여 인간의 건강과 환경을 위협하기도 합니다. 생물학적 통제는 이러한 문제를 해결할 수 있는 귀중한 대안입니다. Metarhizium 및 Beauveria와 같은 몇몇 곤충병원체는 합리적이고 효과적인 생물학적 해충 방제에 성공적으로 적용되었습니다(Verma et al. 2009; Kumar 및 Upadhyay 2021). 그러나 흰개미의 생물학적 방제는 주로 흰개미 군집의 독특한 질병 방어로 인해 만족스럽지 않습니다. 진사회성 곤충인 흰개미는 밀접하게 밀집되어 있고 밀접하게 관련된 동료들 사이에서 감염성 병원체가 확산될 높은 위험에 대응하기 위해 집단 행동 및 개별 생리학적 방어를 진화시켰습니다('사회적 면역'이라고 함)(Van Meyel et al. 2018; Liu et al .2019a). 흰개미가 광범위한 행동 방어 레퍼토리를 전개한다는 사실은 잘 문서화되어 있습니다. 회피는 첫 번째 방어선이며 흰개미가 오염된 지역에 들어가는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다(Yanagawa et al. 2015). 경보 행동은 병원균의 존재에 대해 동료에게 경고하기 위해 빠른 종방향 진동 운동으로 나타납니다(Rosengaus et al. 1999). 병원체에 오염된 동료를 향해 손질하면 동료 큐티클에서 병원균을 효율적으로 제거할 수 있습니다(Liu et al. 2019b). 매장 및 식인 행위는 시체에서 취약한 동료에게 병원체가 전파되는 것을 제한합니다(Sun et al. 2016). 면역 반응 및 산화-환원 반응과 같은 생리학적 반응도 흰개미 질병 방어에 도움이 됩니다. 면역 반응에는 체액성 면역 매개 항미생물 펩타이드(AMP)와 세포성 면역 매개 식균작용 및 캡슐화가 포함되며, 이는 곤충 체강 내 병원체의 복제 및 전파를 억제할 수 있습니다(Hussain et al. 2013; Liu et al. 2015; Lopez-Uribe 외 2016; 홍 외 2018). 산화-환원 반응은 병원체 감염 중 독소 및 활성 산소종(ROS)으로 인한 손상을 완화하여 곤충 내성에 기여합니다(Liu et al. 2015; Zhao et al. 2020; Zhou et al. 2021). 또한, 흰개미 질병 방어에 관한 이전 연구에서는 일부 장내 공생체가 숙주의 생리학적 방어의 중요한 구성 요소인 것으로 나타났습니다(Rosengaus et al. 2014). 일부 AMP는 손질 및 둥지와 같은 행동과 함께 둥지 재료와 큐티클 표면의 외부 소독제로 사용될 수 있습니다(Bulmer et al. 2009; Hamilton 및 Bulmer 2012). 따라서 흰개미 행동 및 생리학적 방어를 약화시키는 것이 흰개미의 생물학적 방제 효과를 향상시키는 핵심 단계일 수 있습니다.

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점점 더 많은 연구에서 사회적 면역의 분자적 기반이 보고되고 있습니다. 화학적 냄새, 외부 분비물, 항생제, 면역 단백질, 곤충의 행동 및 생리학적 방어에 역할을 하는 화학수용체를 포함한 여러 분자가 다중 오믹스 기술과 기체/액체 크로마토그래피-질량 분석법을 통해 확인되었습니다(Seipke et al. 2011; Hussain et al. 2013; Terrapon 외 2014; Liu 외 2015; Sun 외 2016; He 외 2018). 흰개미 그룹에서는 병원균의 곰팡이 냄새가 손질 행동을 강화합니다(Yanagawa et al. 2011). 흰개미 시체의 사망 신호는 식인 풍습이나 매장 행동을 유도합니다(Sun et al. 2016). 전두엽과 타액선의 외부 분비물과 유익한 미생물이 매개하는 항균 활동은 흰개미가 자신과 동료, 심지어 군체를 보호하는 데 도움이 됩니다(Bulmer et al. 2009; Rosengaus et al. 2000, 2014; Chouvenc et al. 2013). 곤충의 사회적 면역을 촉진하는 유전적, 생화학적 메커니즘을 위해서는 RNAi와 유전자 편집 기술을 사용할 수 있습니다. 흰개미에서 RNAi에 의한 터미신, 그람 음성 결합 단백질 2(GNBP2), 셀레늄 결합 단백질 및 트랜스글루타미나제(TG) 유전자의 침묵은 흰개미의 항진균 활성을 크게 감소시켜 감염 사망률을 증가시키는 것으로 입증되었습니다(Hamilton). Bulmer 2012, Zhao 외 2020, Zhou 외 2021). 이소시트레이트 탈수소효소(IDH)는 흰개미 대사에 영향을 미칠 수 있으며, 그 조절 장애는 세포사멸 병변의 증가를 유도하여 높은 수준의 감염과 사망률을 초래합니다(Liu et al. 2020). 또한 GNBP2와 TG는 흰개미의 행동 방어 역할도 하며 각각 식인 풍습과 털 손질 행동에 영향을 미칩니다(Zhao et al. 2020; Esparza-Mora et al. 2020). 그러나 사회적 면역의 분자적 기반, 특히 감염성 병원체에 반응하여 복잡한 사회적 행동을 주도하는 분자적 메커니즘은 아직 명확하게 이해되지 않았습니다. 더욱이, 사회적 면역의 유전적, 생화학적 메커니즘은 곤충 사회 면역을 구동하는 코딩 RNA에 초점을 맞추고 있지만, miRNA와 같은 비코딩 RNA가 곤충 사회 면역 조절에 참여하는지 여부는 여전히 불분명합니다.

RNase III endonuclease인 Dicer{0}}는 miRNA 생합성의 마지막 단계에 필수적입니다. miRNA는 miRNA의 시드 영역과 표적 mRNA의 일치 영역 사이의 염기쌍 결합을 통해 전사 후 수준에서 유전자 발현을 음성적으로 조절하는 내인성 18~25nt의 비암호화 RNA입니다(Gomez-Orte 및 Belles 2009; Wang et al. 2013; Yang 외 2014, Lucas 외 2015). miRNA 생산은 Dicer-1에 따라 달라지므로 곤충의 생물학적 과정을 조절하는 miRNA의 기능은 Dicer-1의 기능적 손실을 통해 연구할 수 있습니다. 초파리의 Dicer{10}} 돌연변이를 사용하여 miRNA가 배 발생 및 후각 뉴런 형태 형성에서 기능하는 것으로 입증되었습니다(Lee et al. 2004; Berdnik et al. 2008). Dicer-1의 RNAi 매개 침묵화를 통해 연구자들은 miRNA가 바퀴벌레 및 메뚜기와 같은 곤충 변태의 발달 과정을 조절하는 데 핵심적인 역할을 한다는 것을 확인했습니다(Gomez-Orte et al. 2009; Wang et al. 2013). 또한 miRNA는 곤충 행동 조절에도 관여합니다. miR-8 및 miR-429는 BrZ2 발현을 직접 제어하여 면화나방벌레의 바이러스 유발 등반 행동을 조절합니다(Zhang et al. 2018). miR-133은 도파민 합성을 조절하여 메뚜기의 행동 집합을 억제합니다(Yang et al. 2014). 곤충의 생리와 행동에서 miRNA의 기능에 대한 이러한 증거를 바탕으로 우리는 '숙주-병원체' 시스템(숙주: Reticulitermes chinensis; 병원체: Metarhizium)을 사용하여 흰개미의 생리와 사회적 면역과 관련된 행동에 miRNA가 미치는 영향을 확인하는 것을 목표로 했습니다. 이소플리아). 우리의 연구에는 주로 사회적 면역에 관한 연구의 세 가지 측면이 포함되었습니다. miRNA가 (1) 사회적 면역을 촉진하는 생체 내 분자에 미치는 영향; (2) 곰팡이로 오염된 지역에서의 이동, 곰팡이로 오염된 동료를 향한 손질, 곰팡이로 오염된 시체를 향한 식인 풍습/매장과 같은 행동 방어 반응; (3) 항진균 활성과 같은 생리적 방어 반응. 또한 miRNA 조절 장애가 곰팡이로 오염된 흰개미의 사망률에 미치는 영향을 테스트하여 miRNA가 흰개미의 생물학적 제어에 미치는 영향을 평가했습니다. 우리의 연구는 행동 및 생리학적 질병 방어의 기본이 되는 잠재적인 메커니즘과 해충 방제를 위한 새로운 목표를 밝혀냈습니다.

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재료 및 방법

흰개미

우리 연구에서 모든 실험 흰개미는 흰개미 R. chinensis의 일꾼이었습니다. 그들은 중국 후베이성 ​​우한시의 Shizi Hill에서 수집되었습니다. 흰개미는 작은 소나무 블록이 들어 있는 플라스틱 용기(40×20×20cm)에서 온도 25±1도, 상대습도 80%, 암흑 24시간의 실험실에서 사육되었습니다.

곤충병원체, 오염된 흰개미, 시체

곤충병원성 곰팡이 M. anisopliae(균주 IBCCM321.93)를 감자 포도당 한천(PDA)에서 25±1도, 상대습도 80%, 암소 24시간에서 2주 동안 배양했습니다. 곰팡이 분생포자를 1% Tween 80을 사용하여 부유시키고 최대 3~4주 동안 4도 온도에서 보관했습니다. 각 실험 전에 분생포자 현탁액의 발아 여부를 테스트했습니다. 흰개미 오염에 사용된 분생포자 현탁액의 발아율은 90% 이상인 것으로 나타났습니다. 곰팡이로 오염된 흰개미를 준비하기 위해 피펫(0.1-2.5 μL, Transferpette)을 사용하여 흰개미의 복부를 0.3 μL의 분생자 현탁액(108 분생포자/mL)으로 오염시켰습니다. 그런 다음, 곰팡이에 오염된 흰개미를 즉시 4도에서 1시간 동안 냉장 보관하여 움직임을 억제하여 큐티클에 곰팡이 분생포자를 침전시켰습니다(Liu et al. 2015). 곰팡이로 오염된 시체를 준비하기 위해 흰개미를 1.5mL 원심분리관에 수집한 후 액체 질소에서 20초 동안 동결시켜 흰개미를 죽였습니다. 시체를 분생포자 현탁액(108 분생포자/mL)에 담근 다음 0일과 2일 배양 동안 촉촉한 여과지가 있는 멸균 페트리 접시에 두었습니다(Sun et al. 2016).

dsRNA 및 miRNA 시뮬런트의 합성

Dicer-1 단편(1697 bp; 보충 자료 1-텍스트 S1)은 특정 프라이머(전방: 5'-CTG CGA CAG ATC ATT GCA CG-3'; 역방향: 5')에 의해 증폭되었습니다. -CAC TGG CTG TTT TGG CAC TC-3') 및 이들의 PCR 생성물을 AxyPrepTM DNA Gel Extraction Kit(Axygen Scientific, USA)를 사용하여 정제하고, pMD 18-T 벡터(TaKaRa, 일본) 그런 다음 DH5 화학적 능력이 있는 세포(Tsingke Biotechnology, 중국)를 사용하여 형질전환되었습니다. 암피실린이 포함된 용원성 국물(LB) 배지의 단일 콜로니를 시퀀싱을 위해 Tsingke Biotechnology Co. Ltd.로 보냈습니다. 시퀀스 정렬을 통해 우리 조각이 Dicer-1인 것으로 나타났습니다. Dicer-1(519 bp; Forward: 5')의 증폭 프라이머의 5' 말단에 T7 프로모터 서열(5'-GGA TCC TAA TAC GAC TCA CTA TAG G-3')을 추가했습니다. -GTG ATG CTG GAG TTG GGT TT-3'; 역방향: 5'-AGA ATG AGT CGC CCA ATG TC-3') 및 GFP(467 bp; 순방향: 5'-CTT GAA GTT GAC CTT GAT GCC-3'; 역방향: 5'-TGG TCC CAA TTC TCG TGG AAC- 3') dsRNA 템플릿(보충 자료 1-텍스트 S1). dsRNA 주형의 PCR 산물은 하이드록시벤젠/클로로포름/이소아밀 알코올(25:24:1)(Solarbio, 중국)로 추출되었습니다. dsRNA는 T7 RNAi Transcription Kit(Vazyme Biotech, China)를 사용하여 생성한 다음 하이드록시벤젠/클로로포름/이소아밀 알코올(50:49:1)(Solarbio)로 정제했습니다. 마지막으로, dsRNA는 아가로스 겔 전기영동과 NanoDrop 2000(Thermo Scientific, USA)을 사용하여 평가하고 80도에서 보관했습니다.

miR-71-5 모의물질은 miR-71-5 서열(21nt, 보충 자료 1-텍스트 S1)에 따라 설계된 작은 이중 가닥 RNA였습니다. miR-71-5 모의물질의 주형은 T7 프로모터를 포함하는 두 개의 이중 가닥 DNA로 구성되었습니다. 하나는 올리고뉴클레오티드 A1(5'-GAT CAC TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGT GAA AGA CAT GGG TAA TGA GAA A)에 의해 생성되었습니다. 터치다운 PCR을 이용한 -3') 및 올리고뉴클레오티드 A2(5'-TTT CTC ATT ACC CAT GTC TTT CAC CCT ATA GTG AGT CGT ATT AGT GAT C-3'); 다른 하나는 올리고뉴클레오티드 B1(5'-GAT CAC TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGT CTC ATT ACC CAT GTC TTT CAA A-3') 및 올리고뉴클레오티드 B2(5'-TTT GAA AGA CAT GGG TAA TGA GAC에 의해 생성되었습니다. 터치다운 PCR을 이용한 CCT ATA GTG AGT CGT ATT AGT GAT C-3′). 대조 모의체는 GFP 서열(19nt, 보충 자료 1-텍스트 S1)에 따라 설계되었습니다. 대조 모의체의 주형은 또한 T7 프로모터를 포함하는 두 개의 이중 가닥 DNA에 의해 획득되었습니다. 하나는 올리고뉴클레오티드 C1(5'-GAT CAC TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGG CAA GCT GAC CCT GAA GTT AA{{33} }') 및 터치다운 PCR을 이용한 올리고뉴클레오티드 C2(5'-TTA ACT TCA GGG TCA GCT TGC CCC TAT AGT GAG TCG TAT TAG TGA TC-3'); 다른 하나는 올리고뉴클레오티드 D1(5'-GAT CAC TAA TAC GAC TCA CTA TAG GGA ACT TCA GGG TCA GCT TGC AA-3') 및 올리고뉴클레오티드 D2(5'-TTG CAA GCT GAC CCT GAA GTT CCC TAT)에 의해 생성되었습니다. AGT GAG TCG TAT TAG TGA TC-3′) 터치다운 PCR을 사용합니다. miR-71-5 및 대조 모의물은 T7 RNAi 전사 키트를 사용하여 생성된 후 하이드록시벤젠/클로로포름/이소아밀 알코올(50:49:1)로 추출되었습니다. 추출물은 아가로스 겔 전기영동과 NanoDrop 2000을 사용하여 평가되었으며 -80도에서 보관되었습니다.

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dsRNA 공급

흰개미는 먹이를 주기 전 12시간 동안 굶었습니다(Zhou et al. 2008; Hamilton and Bulmer 2012). 총 18마리의 흰개미를 80 ug가 포함된 60 μL의 RNase가 없는 물에 적셔진 여과지(D =18 mm) 조각과 함께 세포 페트리 접시(D =35 mm)에 넣었습니다. dsDicer-1, 80 ug dsGFP, 60 ug miRNA 모의약 또는 60 ug 대조 모의약. Dicer-1 dsRNA 공급 생물검정을 위해 흰개미는 실험 전 24시간 동안 축축한 종이를 섭취하도록 허용했습니다. GFP 처리 흰개미를 대조군으로 간주했습니다. miRNA 모의 먹이 생물학적 분석을 위해 흰개미는 실험 전 48시간 동안 축축한 종이를 섭취하도록 허용되었습니다. 대조군 모의물질로 처리된 흰개미를 대조군으로 간주했습니다.

RT-qPCR

3개 콜로니로부터 5개 또는 6개 복제물을 RT-qPCR을 사용한 유전자 발현에 사용했습니다. Direct-zol™ RNA Miniprep Kit(Zymo Research, USA)를 사용하여 전체 RNA 추출을 위해 처리당 반복당 세 마리의 흰개미를 모았습니다. 추출된 RNA의 순도와 농도는 NanoDrop 2000을 사용하여 측정했습니다. gDNA Eraser(Perfect Real Time)(Takara, Japan)가 포함된 PrimeScript™ RT Reagent Kit를 사용하여 RNA를 cDNA로 변환했습니다. RT-qPCR은 ChamQ Universal SYBR qPCR Master Mix(Vazyme Biotech)를 사용하여 QuantStudio™ 3 Real-Time PCR System(Thermo Scientific)으로 수행되었습니다. 특정 프라이머는 보충 자료 2-표 S1에 나열되어 있습니다.

miRNA 농도

MiPure Cell/Tissue miRNA Kit(Vazyme Biotech, China)를 사용하여 miRNA의 농도를 결정하기 위해 3개 콜로니의 6개 복제물을 사용했습니다. 처리당 복제당 세 마리의 흰개미를 miRNA용으로 모았습니다. 추출된 miRNA의 순도와 농도는 NanoDrop 2000을 사용하여 측정했습니다.

De novo 시퀀싱 및 전사체 분석

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)|>1과 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. 

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운동

Dicer{0}}침묵 흰개미와 GFP 처리 흰개미의 이동 거리를 비교하기 위해 3개 군집에서 9개 반복 실험을 분석했습니다. dsDicer-1 또는 dsGFP를 하루 동안 경구 공급한 후, 처리당 반복당 흰개미 한 마리를 분생자 현탁액으로 적신 여과지 조각과 함께 새로운 세포 페트리 접시(D =90 mm)에 넣었습니다. (108 분생포자/mL). 그런 다음 검정색 마커를 사용하여 투명한 뚜껑 위에서 10초 동안 흰개미의 움직임을 추적했습니다. 이동거리는 격자지(1×1mm)를 이용하여 측정하였다.

그루밍

Dicer- 1-침묵 흰개미와 GFP 처리 흰개미 간의 손질 행동 수를 비교하기 위해 3개 군집에서 9개 반복 실험을 분석했습니다. dsDicer-1 또는 dsGFP를 하루 동안 경구 공급한 후, 처리당 반복당 세 마리의 흰개미를 축축한 여과지(D{{ 4}} mm) 이후 곰팡이 분생포자로 오염되었습니다(108 분생포자/mL). 행동은 HD 디지털 카메라(SONY, 일본)를 사용하여 15분 동안 영상으로 녹화되었습니다. 곰팡이에 오염된 흰개미 사이에 손질 행동(둥지 몸체를 향한 흰개미 입)이 발생했는지 관찰하기 위해 비디오를 10초마다 스캔했습니다.

식인 풍습

곰팡이에 오염된 시체에 대한 식인 행위에 대한 Dicer{0}} 대 GFP의 효과에 대해 3개 식민지의 9개 반복 실험을 분석했습니다. 처리당 반복당 6마리의 흰개미를 dsDicer-1 또는 dsGFP가 포함된 축축한 여과지(D=18 mm) 조각과 함께 세포 페트리 접시(D=35 mm)에 넣었습니다. 하루 동안 dsRNA를 경구 공급한 후, 0일 동안 배양한 곰팡이에 오염된 시체 한 개를 처리된 흰개미 6마리가 사육되는 세포 페트리 접시에 넣었습니다. 하루 동안 함께 사육한 후 곰팡이에 오염된 시체를 완전히 먹거나(시험 점수가 높음=2), 부분적으로 먹거나(시험 점수가 낮음=1), 먹지 않거나(시험 점수가 없음{{10) }}) (보충 자료 1-그림 S1) 여섯 마리의 흰개미.

매장

곰팡이로 오염된 시체의 매장 행동에 대한 Dicer-1 대 GFP의 효과에 대해 두 개의 식민지에서 9개의 반복을 분석했습니다. 처리당 반복당 6마리의 흰개미를 dsDicer-1 또는 dsGFP가 포함된 축축한 여과지(D=18 mm) 조각과 함께 세포 페트리 접시(D=35 mm)에 넣었습니다. dsRNA를 하루 동안 경구 공급하도록 허용되었습니다. 그런 다음, 곰팡이로 오염된 시체 한 마리를 2일 동안 배양하고, 처리된 흰개미 6마리가 사육된 페트리 접시에 흙을 첨가했습니다. 하루 동안 함께 사육한 후, 곰팡이에 오염된 시체가 완전히 묻혔거나(시험 점수가 높음=2), 부분적으로 묻혔거나(시험 점수가 낮음=1), 묻히지 않았거나(시험 점수가 없음{{10) }}) (보충 자료 1-그림 S2) 여섯 마리의 흰개미.

항진균 활동

곰팡이 성장을 억제하는 흰개미의 능력에 대한 Dicer{0}} 및 miR-71-5의 영향에 대해 3개 군집의 6개 반복 실험을 분석했습니다. 처리당 반복당 5마리의 흰개미를 모으고 액체 질소를 사용하여 분쇄한 다음 100 μL의 0.9% 식염수에 용해시켰습니다. 균질액을 6000 xg에서 5분 동안 4도에서 원심분리하여 80 μL의 상층액을 생성했습니다. 그런 다음 상층액을 다시 원심분리하여 상층액 50 μL를 얻었습니다. 항진균 활성을 위해 96- 웰 마이크로플레이트를 사용하여 샘플, 성장 대조 및 표준 블랭크의 흡광도를 측정하여 곰팡이 성장 감소를 계산했습니다. (1) 50 μL의 감자 포도당(PD), 2 μL의 진균 분생포자(108 분생포자/mL)와 웰당 5 μL의 상청액을 샘플용으로 혼합했습니다. (2) 곰팡이 성장 조절을 위해 웰당 감자 포도당(PD) 50 μL, 진균 분생포자(108분생포자/mL) 2 μL 및 0.9% 식염수 5 μL를 혼합했습니다. (3) 표준 공시료에는 웰당 감자 포도당(PD) 50μL와 0.9% 식염수 7μL를 혼합했습니다. 항온 진탕기(25±1도에서 150rpm)에서 24시간 동안 배양한 후, 마이크로플레이트 분광 광도계(600 nm; Thermo Scientific)에서 측정을 수행했습니다.

활착

흰개미 생존에 대한 dsDicer-1의 경구 공급 효과를 확인하기 위해 3개 군체의 흰개미를 배치하여 Dicer-1-침묵(총 42개 흰개미, 군집당 14개 흰개미) 및 GFP-의 생존을 확인했습니다. 곰팡이 오염 동안 흰개미를 처리했습니다(총 42마리의 흰개미, 군집당 14마리의 흰개미). 대조군의 경우, Dicer-1-침묵(총 28개 흰개미, 군체당 14개 흰개미) 및 GFP 처리 흰개미(총 28개 흰개미, 군집당 14개 흰개미)의 생존을 결정하기 위해 두 군집의 56개 흰개미를 배치했습니다. 실험을 수행할 때 dsDicer{{17}가 포함된 RNase-free 물을 적신 여과지(D =18 mm) 조각이 있는 세포 페트리 접시(D =35 mm)에서 흰개미 7마리를 사육했습니다. } 또는 dsGFP, 흰개미는 곰팡이에 오염된 후 10일 동안 사육되어 매일 생존을 관찰했습니다. 흰개미 생존에 대한 miR-71-5 모의물질의 경구 공급 효과를 확인하기 위해 3개 군체의 흰개미를 배치하여 miR-71-5(총 42개 흰개미, 군집당 14개 흰개미)의 생존을 확인하고 제어( 총 42마리의 흰개미, 군집당 14마리의 흰개미) 곰팡이 오염 동안 모의 처리된 흰개미. 또한, miR- 71-5(총 28개 흰개미, 군체당 14개 흰개미) 및 대조군(총 28개 흰개미, 군체당 14개 흰개미) 모의 처리 흰개미의 생존을 결정하기 위해 두 군체의 56개 흰개미를 배치했습니다. 실험을 수행할 때, miR{{35}을 함유한 RNase가 없는 물에 적신 여과지(D=18 mm) 조각이 있는 세포 페트리 접시(D=35 mm)에서 흰개미 7마리를 사육했습니다. } 시뮬레이션 또는 제어 시뮬레이션. 이틀 동안 경구 공급한 후 흰개미를 곰팡이에 오염시킨 후 10일 동안 사육하여 매일 생존 여부를 관찰했습니다. 죽은 흰개미는 제때에 제거되었습니다.

통계 분석

모든 데이터 분석은 IBM SPSS 버전 19에서 수행되었습니다. Shapiro–Wilk 테스트는 데이터 세트가 정규 분포되었는지 여부를 감지하는 데 사용되었습니다. 유전자 발현, 식인 풍습, 매장 데이터가 비정상적으로 분포되어 있는 점을 고려하여 Wilcoxon 테스트를 사용했습니다. 또는 miRNA 농도, 운동, 손질 및 항진균 활동의 데이터가 정규 분포를 이루고 paired t-test가 사용되었습니다. 다양한 치료 조건 하에서 수명에 대해 Kaplan-Meier 방법을 사용하여 생존을 분석했습니다. 유의수준은 p<0.05 in this study.

결과

Dicer-1-침묵 흰개미의 mRNA 발현 프로필

흰개미의 유전자 발현 프로파일에 대한 Dicer{0}}의 영향을 확인하기 위해 Dicer-1-침묵 흰개미의 mRNA 서열 분석을 수행했습니다. dsDicer-1 경구 공급 1일 후 Dicer-1 발현(그림 1A; n=6, p < 0.05; Wilcoxon 테스트) 및 그에 따른 miRNA 농도(그림 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).

그림 1 Dicer-1- 허가 흰개미 몸 전체의 유전자 발현 프로필. Dicer-1 표현식입니다. 데이터는 평균±SEM으로 표시됩니다. *피<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

그림 2 국방 관련 GO 용어로 묶인 DEG의 히트 맵. ADP에서 ATP 생성. B 큐티클의 구조적 구성요소. C 방어 대응. D 글루타티온 전이효소 활성. E 산화환원과정

mRNA-seq에서 DEG의 RT-qPCR 검증

ADP로부터 해당과정, 구연산염 순환, ATP 생성은 탄수화물 및 에너지 대사와 관련이 있으며, 여기에는 8개의 DEG(글리세르알데히드{0}}인산탈수소효소, 2,3-비스포스포글리세레이트 의존성 포스포글리세레이트 뮤타제, 에놀라제, 트리오스포스페이트 이소머라제, ATP 의존성 6-포스포프룩토키나제, 포스포에놀피루베이트 카르복시키나제[GTP], 석시네이트-CoA 리가제[ADP 형성] 서브유닛 알파-2 및 말산염 탈수소효소)가 Dicer 이후에 상당히 하향조절되는 것으로 확인되었습니다. -1 침묵(그림 3A-H; n=6, p < 0.05; Wilcoxon 테스트), 이는 해당과정, 구연산염 순환, ATP 생성 및 그에 따른 전신의 탄수화물 및 에너지 대사 장애를 시사합니다. Dicer-1-침묵 흰개미. 방어 응답의 DEG(defensin 및 terminicin)는 AMP를 암호화합니다. 이러한 유전자의 발현은 GFP 처리 흰개미와 비교하여 Dicer-1- 침묵 흰개미에서 상당히 증가했습니다(그림 3I, J; n=5 또는 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 

곰팡이 오염에 대한 행동 반응에 대한 Dicer{0}}의 효과를 확인하기 위해 우리는 Dicer-1-침묵 흰개미를 대상으로 이동, 손질, 식인 풍습, 매장이라는 네 가지 중요한 행동 방어를 테스트했습니다. 우리의 결과는 운동(그림 4A, t=7.013, df=8, p)을 보여주었습니다.<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.

그림 3 mRNA-seq로부터 DEG의 RT-qPCR 검증. A–H 탄수화물 및 에너지 대사와 관련된 유전자. I-J 면역 반응과 관련된 유전자. K-L 산화-환원 반응과 관련된 유전자. 데이터는 평균±SEM으로 표시됩니다. *피<0.05

흰개미의 항진균 능력에 대한 Dicer‑1 및 miR‑71‑5의 효과

곰팡이 오염에 대한 생리적 반응에 대한 miRNA의 효과를 확인하기 위해 우리는 Dicer{0}}침묵 흰개미의 총 항진균 활성을 테스트했습니다. 우리의 결과는 항진균 활성이 크게 감소한 것을 보여주었습니다(그림 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.

그림 4 흰개미 그룹의 방어적인 사회적 행동에 대한 miRNA 조절 장애의 영향. Dicer-1-침묵 대 GFP 처리 흰개미 그룹의 A 이동, B 손질, C 식인 풍습 및 D 매장 행동. 데이터는 평균±SEM으로 표시됩니다. *피<0.05, **p<0.01

그림 5 흰개미 개체의 생리적 방어에 대한 miRNA 조절 장애의 영향. Dicer-1-침묵 흰개미와 GFP 처리 흰개미의 항진균 활성. B miR-71-5의 항진균 활성 대 대조 모의약 처리 흰개미. 데이터는 평균±SEM으로 표시됩니다. *피<0.05

Dicer‑1 및 miR‑71‑5는 곰팡이에 오염된 흰개미의 생존에 영향을 미쳤습니다.

dsDicer-1 및 miR{1}} 모의약 모두 흰개미의 항진균 활동을 감소시켰기 때문에 우리는 흰개미의 생물학적 방제 가능성을 테스트했습니다. 우리는 곰팡이로 오염된 Dicer-1-침묵 흰개미가 다른 처리된 흰개미에 비해 생존율이 현저히 감소한 것을 발견했습니다(dsDicer-1+곰팡이 대 dsGFP+곰팡이: 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.

논의

miRNA는 탄수화물 및 에너지 대사 조절, 면역 반응, 산화-환원 반응 및 흰개미 몸 전체의 기타 생활 과정 조절과 같은 다양한 기능을 수행합니다. 예상한 대로 흰개미에 dsDicer{0}}를 섭취하면 Dicer-1 침묵이 발생하고 miRNA 농도가 감소하여 miRNA 조절 장애가 성공적으로 유도되었음을 시사합니다. 전사 분석 결과 Dicer{2}} 침묵은 32개의 KEGG 경로 및 175개의 GO 용어와 연관되어 있는 것으로 나타났습니다. 사회성 곤충 군집에서 타액 분비는 외부 소독제 역할을 할 수 있으며 영양축소, 몸단장, 둥지 형성과 같은 사회적 행동과 함께 작동하여 자손, 동료 및 군체를 돌볼 수 있습니다(Bulmer et al. 2009; Hamilton et al. 2011) , 해밀턴과 벌머 2012). ADP의 해당작용, 구연산염 순환 및 ATP 생성은 탄수화물 및 에너지 대사에 관여합니다. 면역 반응이 증가하고 사회적 행동을 수행하는 데 에너지 비용이 많이 들기 때문에 탄수화물 및 에너지 대사 장애는 이러한 과정에 부정적인 영향을 미칩니다(Liu et al. 2020; Hassan et al. 2021a, b; Xu et al. 2021a, b). 큐티클의 구조적 구성 요소는 곤충 큐티클과 결합하여 병원균이 혈구에 침입하는 것을 방지하는 첫 번째 장벽을 형성합니다(Syazwan et al. 2021). 방어 반응, 글루타티온 전이효소 활성 및 산화-환원 과정에 관여하는 여러 DEG는 항균 펩타이드(AMP), 해독 단백질 및 항산화 효소를 암호화하여 병원균에 대한 곤충의 저항성과 내성을 증가시킬 수 있습니다(Liu et al. 2015, 2019a). 이러한 방어 관련 기능은 흰개미 서식지의 사회적 면역에 기여할 가능성이 높습니다. 나머지 KEGG 경로와 GO 용어는 신경계, 소화계, 장수, 발달 등에 관여했습니다(보충 자료 2-표 S3 및 S4). 또한 Dicer-1 침묵 흰개미의 일부 DEG(예: 탄수화물 및 에너지 대사 유전자)는 미생물(보충 자료 2-표 S2)에서 유래한 것으로, 이는 아마도 장내 공생체일 수 있으며 중요한 구성 요소일 수 있습니다. 호스트의 생활 과정에 참여합니다. 따라서 miRNA는 흰개미 몸 전체에 세계적인 영향을 미칠 가능성이 높습니다.

그림 6 miRNA dys 조절이 곰팡이로 오염된 흰개미 그룹의 생존에 미치는 영향. 곰팡이 오염이 있거나 없는 Dicer{2}}침묵 흰개미 대 GFP 처리 흰개미의 생존; B miR-71-5의 생존과 곰팡이 오염 유무에 관계없이 모의약 처리 흰개미 대조 대조. 다른 문자는 유의미한 차이를 나타냅니다. p<0.05

탄수화물 및 에너지 대사, 면역 반응 및 산화-환원 반응은 miRNA가 사회적 면역을 촉진하는 데 중요합니다. 동물 행동은 에너지 의존적 과정이므로 일부 에너지 억제제는 동물을 천천히 움직이게 하고 심지어 죽게 만듭니다(Davidson 1930; Schuler 및 Casida 2001). 흰개미 군집에서 해당과정이나 구연산염 순환 장애로 인해 ATP 수준이 감소하고 운동 행동이 억제됩니다(Hassan et al. 2021a, b; Xu et al. 2021a, b). 구연산염 순환 장애는 또한 흰개미의 항진균 활성을 감소시켜 감염과 사망률을 증가시킵니다(Liu et al. 2020). 또한, 흰개미 장내 공생체는 효소(Rosengaus et al. 2014)와 대사산물(Inagaki and Matsuura 2018)을 제공하여 숙주 질병 방어에 참여하는 것으로 보고되었으므로 장 공생체의 대사 장애는 공생체 유래 면역 능력을 감소시킬 가능성이 높습니다. 따라서 흰개미 질병 방어력이 감소합니다. 우리 연구에서 8개의 대사 유전자가 상당히 하향조절되는 것으로 확인되었으며, 이는 Dicer{9}}침묵 흰개미의 몸 전체에서 해당과정의 장애와 구연산염 순환이 있음을 암시합니다. 우리는 miRNA 매개 탄수화물 및 에너지 대사가 사회적 면역을 촉진하는 중요한 생화학적 메커니즘이며 이 과정의 붕괴가 흰개미 군체의 행동 및 생리학적 질병 방어를 감소시킬 가능성이 있다고 제안했습니다. 곤충 면역 체계는 생체 내에서 병원균과 싸우기 위해 수많은 효과기 분자를 유도합니다. 디펜신은 박테리아, 곰팡이 및 기타 기생충에 대해 광범위한 활성을 갖는 소형의 시스테인이 풍부하고 단백질분해효소 저항성 AMP입니다(Weber 2021). 터미신(Termicin)은 흰개미 특이적 항진균 디펜신으로, 그 침묵으로 인해 항진균 활성이 감소하여 곰팡이에 오염된 흰개미의 사망률이 증가합니다(Hamilton 및 Bulmer 2012). 곤충 해독 및 항산화 시스템은 종종 면역체계와 함께 기능하여 숙주-병원체 상호작용 중에 독소 및 ROS의 위험을 효과적으로 감소시킵니다(Syazwan et al. 2021). 시토크롬 P450 모노옥시게나제는 병원체 독소의 산화 및 대사를 촉매하고 자유 라디칼 또는 ROS를 생성하는 역할을 합니다(Shankar 및 Mehendale 2014). 퍼옥시레독신 계열에는 ROS 감소를 촉매하는 항산화 효소가 포함되어 있습니다(Xu et al. 2021a; b). 우리의 결과는 Dicer{22}} 침묵이 defensin, tricin, cytochrome P450 9e2 및 peroxiredoxin-4의 유전자 발현을 크게 변경했음을 확인했습니다. 이는 miRNA가 면역 반응을 조절하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 나타냅니다. 흰개미 몸 전체에서 일어나는 산화-환원 반응. 따라서 우리는 탄수화물과 에너지 대사, 면역반응, 산화-환원 반응이 miRNA 형태의 사회적 면역의 구동 메커니즘에 참여할 수 있으며, 이들의 붕괴가 흰개미 군집의 사회적 면역에 부정적인 영향을 미칠 수 있음을 제안합니다.

cistanche tubeulosa - 면역 체계를 향상시킵니다.

실제로 miRNA 조절 장애는 흰개미 식민지의 움직임과 그에 따른 행동 방어에 부정적인 영향을 미칩니다. 고독한 곤충과 달리 사회성 곤충은 병원체의 존재를 집합적으로 감지하고 병원체 확산을 제한하며 개인의 감염 위험을 줄이는 등 풍부한 행동 방어 레퍼토리를 발전시켜 왔습니다(Van Meyel et al. 2018; Liu et al. 2019a). 나이든 근로자는 둥지 밖에서 위험한 작업을 수행하므로 쉽게 오염됩니다. 오염되면 동료들은 오염된 작업자를 향해 연합하고 손질하는 경향이 있습니다(Liu et al. 2019b). 오염된 작업자와 간병인 모두 나머지 순진한 동료들과의 거리를 늘립니다. 간호사 작업자는 오염된 작업자로부터 거리를 늘리기 위해 무리를 서식지 깊숙한 곳으로 데려갑니다(Stroeymeyt et al. 2018). 이러한 결과는 군집 구성원 간의 물리적 거리를 늘리는 것이 병원체 전파를 제한하는 효과적인 전략['조직 면역'(Liu et al. 2019a)이라고 함)이며, 운동은 적응적으로 조정하므로 중요한 사회적 행동이어야 함을 보여줍니다. 오염된 개인과 순진한 동료 사이의 거리. Hassan과 동료들은 흰개미가 곰팡이 오염 동안 운동 능력을 크게 향상시켜 병원체에 반응하여 운동 능력을 더욱 입증한다는 사실을 발견했습니다(Hassan et al. 2021a, b). 또한, 몸단장, 식인 풍습 및 매장 행위는 사회 곤충 군집에서 오염된 개인 및 시체를 관리하는 데 잘 알려져 있습니다. 곰팡이에 오염된 흰개미의 경우, 발아 직전에 손질 행동이 발생합니다(Liu et al. 2019b). 대조적으로, 식인 행위는 오염된 개인이 눈에 띄게 아픈 후에만 발생합니다(Davis et al. 2018). 시체 관리에 있어 신선한 시체는 종종 영양 보상으로 간주되며 조기 사망 신호를 생성하여 식인 풍습을 유발합니다. 대조적으로 부패한 시체는 감염 위험으로 간주되며 만기 사망 신호를 생성하여 매장을 유도합니다(Sun et al. 2016). 여기에서 우리는 Dicer-1 침묵이 운동 및 손질, 식인 풍습 및 매장 행동과 같은 기타 움직임을 크게 억제한다는 것을 발견했습니다. 이는 miRNA 조절 장애가 흰개미 움직임에 일반적인 영향을 미치고 결과적으로 병원체, 병원체에 대한 행동 방어에 영향을 미쳤음을 시사합니다. 흰개미 서식지에서 오염된 동료와 병원체에 오염된 시체. 구동 메커니즘의 경우 miRNA 매개 탄수화물 및 에너지 대사가 가장 중요한 생화학적 요인 중 하나로 간주될 수 있습니다(위 논의 참조). 따라서 miRNA는 흰개미의 행동 방어를 형성할 수 있습니다.

miRNA 조절 장애는 또한 흰개미의 생리학적 방어에 부정적인 영향을 미쳤습니다. 흰개미는 일반적으로 생리학적 방어를 강화하기 위해 면역 유전자를 상향 조절하여 항진균 능력을 증가시킵니다(Liu et al. 2015). 장 공생체 유래 항진균 물질은 흰개미에게 곰팡이 성장을 억제하여 생리학적 방어를 강화하는 능력을 제공합니다(Rosengaus et al. 2014). 따라서 총 항진균 활성은 흰개미의 생리학적 질병 방어에 대한 효과적인 지표였습니다. 최근 연구에 따르면 면역 유전자뿐만 아니라 탄수화물 대사 및 항산화 유전자도 흰개미의 항진균 활성에 영향을 미치는 중요한 구성요소인 것으로 보고되었다(Liu et al. 2020; Zhao et al. 2020; Zhou et al. 2021). 멸종된 흰개미는 곰팡이 오염에 더 취약합니다(Rosengaus et al. 2014). 비록 defensin 및 tricin과 같은 면역 유전자 발현이 증가했지만 Dicer-1- 매개 miRNA 조절 장애는 흰개미 또는 장내 공생체 내의 탄수화물 대사 및 항산화 유전자의 발현을 감소시켜 흰개미의 총 항진균 활성을 크게 감소시켰습니다. 또한, miR-71-5 모조물질로 처리된 흰개미는 총 항진균 활성도 감소한 것으로 나타났으며, 이는 miRNA 조절 장애가 흰개미의 생리적 방어에 부정적인 영향을 미친다는 것을 더욱 시사합니다. 또한 dsDicer-1 또는 miR{11}} 모조물질을 먹인 흰개미 그룹은 곰팡이 오염에 더 취약하여 감염 사망률이 증가하는 것으로 나타났습니다. 따라서 miRNA는 흰개미 군집에서 행동적 및 생리적 질병 방어를 모두 촉진하여 사회적 면역을 형성할 수 있습니다.

그림 7 흰개미 군체의 사회적 면역의 기초가 되는 잠재적 메커니즘과 생물학적 해충 방제를 위한 새로운 표적. miRNA는 A 탄수화물 및 에너지 대사, B 면역 반응, C 산화 환원 반응 등을 포함하여 흰개미 몸 전체에 광범위하게 영향을 미칩니다. D 탄수화물 및 에너지 대사는 흰개미의 행동 및 항진균 활동을 조절하는 데 중요한 역할을 하는 것으로 보고되었습니다. 따라서 miRNA 매개 탄수화물 및 에너지 대사는 흰개미 군집에서 행동(이동, 손질, 식인 풍습 및 매장 등) 및 생리적(항진균 활동) 질병 방어를 유도하는 유전적 및 생화학적 요인 중 하나일 가능성이 높습니다. E 면역 반응은 흰개미가 체강 내 병원체의 복제와 전파를 억제하는 데 도움이 되었습니다. 산화-환원 반응은 독소로 인한 손상으로부터 흰개미를 보호하고 "숙주-병원체" 상호작용으로 인한 ROS를 보호합니다. 따라서 miRNA 매개 면역 반응과 산화-환원 반응은 흰개미의 생리적 질병 방어를 촉진하는 데 중요한 역할을 합니다. F miRNA는 흰개미 식민지에서 행동 및 생리학적 질병 방어를 촉진하여 사회적 면역을 형성했습니다. miRNA를 표적으로 삼아 흰개미 군체의 엔토모병원체에 대한 감수성을 인위적으로 증가시키고 결과적으로 흰개미의 생물학적 통제를 강화할 수 있습니다..

우리가 아는 한, 이것은 흰개미 군체의 사회적 면역을 뒷받침하는 miRNA의 잠재적 메커니즘에 대한 첫 번째 보고서입니다. miRNA는 타액 분비, 탄수화물 및 에너지 대사, 큐티클 생성, 면역 반응, 산화-환원 반응 등에 영향을 미칠 수 있습니다. 그중 탄수화물 및 에너지 대사는 운동, 몸단장, 식인 풍습과 같은 행동 방어를 구동하는 데 중요한 생화학적 요인일 가능성이 높습니다. 흰개미 서식지에 매장됩니다. 또한 탄수화물과 에너지 대사, 면역 반응, 산화-환원 반응은 항진균 활동과 같은 흰개미의 생리학적 방어를 촉진하는 데 참여할 가능성이 높습니다.

따라서 miRNA 모양의 사회적 면역은 흰개미 군체의 곤충병원성 진균에 대한 감수성에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 miRNA는 흰개미의 생물학적 방제를 위한 효과적인 표적이 될 수 있습니다(그림 7). 수많은 연구에서 표적 유전자의 RNAi 매개 침묵이 곤충 해충 방제에 대한 상당한 잠재력과 함께 곤충 사망으로 이어질 수 있음이 입증되었습니다. 흰개미 해충 방제에서 Zhou et al. (2008)은 처음으로 dsRNA 공급을 통해 엔도글루카나제 및 헥사머 유전자를 표적으로 삼아 RNAi 기반 흰개미 제거제의 타당성을 입증했습니다. 흰개미 군체의 치사 효과를 강화하기 위해 감염성 곤충병원성 진균과 결합된 RNAi 기반 흰개미제를 사용했습니다. Metarhizium과 결합된 tricin, GNBP2, TG, IDH 및 기타 코딩 유전자의 RNAi 매개 침묵은 동료 동물이 사회적으로 전염된 곰팡이 분생포자에 대한 감수성을 크게 증가시켜 감염 사망률을 증가시킬 수 있습니다(Hamilton and Bulmer 2012; Liu et al 2020; Zhao 외 2020; Zhou 외 2021). 우리 연구에서 우리는 Metarhizium을 사용하여 흰개미의 생물학적 통제를 최적화하기 위해 먹이를 통해 작은 비암호화 RNA를 표적으로 삼는 타당성을 입증했습니다. 특정 유전자를 표적으로 삼는 dsRNA와 비교하여, miRNA는 동일하거나 다른 기능을 가진 다수의 유전자를 표적으로 삼을 수 있어 흰개미 생활 과정에 광범위한 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 miRNA를 표적으로 삼음으로써 흰개미 그룹은 그룹 및 개인 수준 모두에서 감소된 행동 및 생리학적 질병 방어를 나타냈으며, 이는 흰개미 사회적 면역의 광범위한 스펙트럼 억제를 시사합니다. miRNA를 표적으로 삼음으로써 흰개미 그룹은 결과적으로 곰팡이 오염 중에 높은 수준의 사망률을 나타냈으며, 이는 miRNA가 흰개미의 사회적 면역력을 감소시켜 흰개미의 생물학적 통제를 강화하기 위한 흰개미제로 사용될 수 있음을 시사합니다. 따라서 miRNA는 해충 방제를 위한 잠재적인 새로운 표적으로 간주될 수 있습니다.

참고자료

Berdnik D, Fan AP, Potter CJ, Luo L (2008) MicroRNA 처리 경로는 후각 뉴런 형태 형성을 조절합니다. 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) 해충 방제 전략으로 곤충 면역의 항균 이펙터 기능을 목표로 합니다. Proc Natl Acad Sci USA 106:12652-12657. https://doi.org/10.1073/pnas.0904063106

Chouvenc T, Efstathion CA, Elliott ML, Su NY (2013) 지하 흰개미의 배설물 둥지에서 질병 저항성이 확장되었습니다. Proc R Soc B 280:20131885. https://doi.org/10.1098/rspb.2013.1885

Davidson WM (1930) 접촉 살충제로서의 Rotenone. J Econ Entomol 23:868–874. https://doi.org/10.1093/JEE/23.5.868

Davis HE, Meconcelli S, Radek R, McMahon DP(2018) 흰개미는 감염 단계에 따라 집단 행동 반응을 형성합니다. 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) 분비된 면역 분자의 억제는 흰개미의 사회적 면역을 방해합니다. 프론트 에콜 에볼 8:75. https://doi.org/10. 3389/fevo.2020.00075

Gomez-Orte E, Belles X (2009) 헤미메타볼란 곤충의 MicroRNA 의존성 변태. Proc Natl Acad Sci USA 106:21678–21682. https://doi.org/10.1073/pnas.0907391106

Hamilton C, Bulmer MS(2012) 지하 흰개미의 분자 항진균 방어: RNA 간섭은 자연적으로 발생하는 병원체에 대한 말단 및 GNBP의 생체 내 역할을 드러냅니다. Dev Comp Immunol 36:372–377. https://doi.org/10.1016/j.dci. 2011.07.008

Hamilton C, Lejeune BT, Rosengaus RB (2011) 영양축소 및 예방: 목수개미의 사회적 면역캄포노투스 펜실바니쿠스. 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) 병원성 진균에 의한 감염에 대한 흰개미 이동 및 동질화의 변경. J Econ Entomol 114:1256– 1263. https://doi.org/10.1093/jee/toab071

Hassan A, Huang Q, Xu H, Wu J, Mehmood N (2021b)포스포프럭토키나아제유전자는 해당작용을 손상시키고 지하 흰개미에서 비정상적인 운동을 유발합니다.Reticulitermes chinensis스나이더. 곤충 Mol Biol 30:57–70. https://doi.org/10. 1111/imb.12672

He Set al(2018) 흰개미 병사들은 강력한 구강 분비물을 합성하여 사회적 면역에 기여합니다. 곤충 Mol Biol 27:564–576. https://doi.org/10.1111/imb.12499

Hong M, Hwang D, Cho S (2018) 흰개미의 적혈구 형태 및 세포 면역 반응 (세망상 스페라투스(Reticulitermes speratus)). J 곤충 과학 18:46. https://doi.org/10.1093/jisesa/iey039

Hussain A, Li YF, Cheng Y, Liu Y, Chen CC, Wen SY (2013) 면역 관련 전사체콥토테르메 포르모사누스시라키 노동자: 방어 메커니즘. PLoS ONE 8:e69543. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0069543

Inagaki T, Matsuura K (2018) 흰개미와 장내 미생물 간의 확장된 상호 공생: 영양 공생체는 둥지 위생에 기여합니다. Sci Nat 105:52. https://doi.org/10.1007/s00114-018-1580-y

Kumar S, Upadhyay RK(2021) 국화과에 대한 특별한 언급과 함께 다양한 생물 유기 성분의 흰개미 방지 잠재력. WJPR 10:1109-1149. https://doi.org/10.20959/wjpr2 0213-19977

Lee YS 외(2004)초파리siRNA/miRNA 침묵 경로의 Dicer{0}} 및 Dicer{1}}. 셀 117:69–81. https://doi.org/10.1016/S0092-8674(04)00261-2

Liu L, Li GH, Sun PD, Lei CL, Huang QY (2015) 흰개미의 곰팡이 병원체에 대한 능동 면역화의 실험적 검증 및 분자 기반. Sci Rep 5:15106. https://doi.org/10.1038/srep15106

Liu L, Wang W, Liu YL, Sun PD, Lei CL, Huang QY (2019a) 지하 흰개미의 개인 선천 면역에 대한 동질 행동의 영향Reticulitermes chinensis(딱정벌레목: 코뿔소과). J 곤충 과학 19:6. https://doi.org/10.1093/jisesa/iey119

Liu L, Zhao XY, Tang QB, Lei CL, Huang QY (2019b) 진사회성 곤충의 곰팡이 감염에 대한 사회적 면역 메커니즘. 독소 11:244. https://doi.org/10.3390/toxics11050244

Liu L, Wang CC, Zhao XY, Guan JX, Lei CL, Huang QY (2020) 이소시트레이트 탈수소효소 매개 대사 장애는 진사회성 흰개미의 곰팡이 병원체에 대한 활성 면역화를 방해합니다. J Pest Sci 93:291-301. https://doi.org/10.1007/s10340-019-01164-y

Lopez-Uribe MM, Sconiers WB, Frank SD, Dunn RR, Tarpy DR (2016) 사회적 곤충 계통에서 세포 면역 반응이 감소했습니다. Biol Lett 12:20150984. https://doi.org/10.1098/rsbl.2015. 0984

Lucas KJ, Zhao B, Liu S, Raikhel AS (2015) 곤충의 마이크로RNA에 의한 생리학적 과정 조절. 현재 Opin 곤충 과학 11:1–7. https://doi.org/10.1016/j.cois.2015.06.004

Rosengaus RB, Jordan C, Lefebvre ML, Traniello JFA (1999) 흰개미의 병원체 경보 동작: 사회성 곤충의 새로운 형태의 의사소통. Naturwissenschaften 86:544–548. https://doi.org/10.1007/s001140050672

Rosengaus RB, Lefebvre ML, Traniello JFA (2000) Nasutitermes에 의한 곰팡이 포자 발아 억제: 군인 방어 분비물의 가능한 살균 역할에 대한 증거. 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) 사회 곤충의 Symbiont 파생 -1,3-글루카나아제: 영양 이상의 상호 공생 . 전면 미생물 5:607. https://doi.org/10.3389/fmicb. 2014.00607

Schuler F, Casida JE (2001) 복합체 I의 PSST 하위 단위에 있는 살충제 표적. Pest Manag Sci 57:932-940. https://doi.org/10. 1002/ps.364

Seipke RF 등(2011) 단일연쇄상 구균Symbiont는 곰팡이 양식 개미를 지원하기 위해 여러 항진균제를 만듭니다.아크로미르멕스 옥토스피노수스. PLoS ONE 6:e22028. https://doi.org/10.1371/journ al.pone.0022028

Shankar K, Mehendale HM (2014) 시토크롬 P450. 에서: Wexler P (ed) 독성학 백과사전. Academic Press, pp 1125–1127 Stroeymeyt N, Grasse AV, Crespi A, Mersch DP, Cremer S, Keller L (2018) 소셜 네트워크 가소성은 진사회성 곤충의 질병 전파를 감소시킵니다. 과학 362:941–945. https://doi.org/10.1126/science.aat4793

Sun Q, Haynes KF, Zhou XG (2016) 사망 신호의 역동적인 변화는 사회적 곤충의 시체 관리에 대한 위험과 보상을 조절합니다. 기능 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) 상호 작용Metarhizium anisopliae그리고 그 숙주인 지하 흰개미콥토테르메스 커브나투스감염 과정에서. 생물학 10:263. https://doi.org/10.3390/biolo gy10040263

Terrapon N 외(2014) 흰개미 게놈에서 대체 사회 조직의 분자 흔적. Nat Commun 5:3636. https://doi.org/10. 1038/ncomms4636

Van Meyel S, Körner M, Meunier J (2018) 사회적 면역: 모든 사회 시스템에서 그 성격, 진화 및 기능을 연구해야 하는 이유. Curr Opin 곤충 과학 28:1–7. https://doi.org/10.1016/j. cois.2018.03.004

Verma M, Sharma S, Prasad R (2009) 흰개미 통제를 위한 생물학적 대안: 검토. 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) RNA 간섭 매개 유전자 침묵에 의해 밝혀진 MicroRNA 의존적 개발LmDicer1철새 메뚜기에서. 곤충 과학 20:53–60. https://doi.org/10.1111/j.1744-7917.2012.01542.x

Weber F(2021) 항바이러스 선천 면역: 소개. In: Bamford DH, Zuckerman M (eds) 바이러스학 백과사전. Elsevier, pp 577–583 Xu H, Huang QY, Gao YY, Wu J, Hassan A, Liu YT(2021a)IDH녹다운은 흰개미의 먹이 활동을 변화시킵니다odontocetes formosanus다양한 사회적 맥락에서. Curr Zool 67:609. https:// doi.org/10.1093/cz/zoab032 Xu Z, Zeng X, Li M, Liao J, Chen Q (2021b) MicroRNA-383는 인간 신경교종에서 peroxiredoxin 3을 하향 조절하여 활성 산소종에 의한 자가포식을 촉진합니다 U87 세포. 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) 곤충 병원체의 곰팡이 냄새는 흰개미의 질병 예방 행동을 향상시킵니다.콥토테르메 포르모사누스. J 무척추 동물 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) 병원성 곰팡이의 후각 신호는 흰개미의 운동 방향에 영향을 미칩니다.콥토테르메 포르모사누스. J Chem Ecol 41:1118–1126. https://doi.org/10.1007/s10886-015-0649-8

Yang ML 외(2014) MicroRNA-133는 메뚜기의 도파민 합성을 제어하여 행동 집합을 억제합니다. PLoS Genet 10:e1004206. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1004206