喜報：易基因組蛋白ChIP-seq研究成果見刊《Cell Reports》
2023年02月10日，沈陽農業(yè)大學植物保護學院博士研究生姚亞林為第一作者、欒軍波教授為論文通訊作者在《Cell Reports》雜志以“A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function”為題發(fā)表研究論文。該研究通過ChIP-seq等實驗揭示了煙粉虱（whitefly Bemisia tabaci）含菌細胞共生菌Hamiltonella通過調控卵巢線粒體功能決定后代性比的共生菌調控宿主生殖的表遺傳機制。深圳易基因科技為本研究提供ChIP-seq測序分析服務。
標題：A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function 煙粉虱含菌細胞共生菌Hamiltonella通過調控卵巢線粒體功能決定后代性比
時間：2023-02-10
期刊：Cell Reports
影響因子：IF 9.995
技術平臺：ChIP-seq等
摘要：
共生菌影響宿主繁殖，但潛在的分子機制尚不清楚。本研究發(fā)現煙粉虱含菌細胞共生菌Hamiltonella合成的葉酸通過介導組蛋白甲基化修飾調控煙粉虱卵巢線粒體功能，從而影響煙粉虱受精和后代性比，而葉酸補充會恢復后代性比。Hamiltonella缺失或基因沉默使組蛋白H3賴氨酸9三甲基化（H3K9me3）水平發(fā)生變化，其通過葉酸補充而恢復。H3K9me3的全基因組染色質免疫沉淀測序（ChIP-seq）分析表明共生菌缺失導致煙粉虱中的線粒體功能受抑制。Hamiltonella缺失影響了煙粉虱卵巢的線粒體質量，抑制卵巢線粒體功能導致白色性比例異常。這些發(fā)現表明，共生菌衍生的葉酸調控宿主組蛋白甲基化修飾，從而影響卵巢線粒體功能，最終決定宿主性比。研究解析了共生菌——線粒體互作在調控宿主性比中的重要作用，揭示了共生菌調控宿主生殖的新機制。研究成果拓展了對宿主與共生菌互作機制的理解，為粉虱的精準防控提供了新靶標。
圖形摘要：煙粉虱含菌細胞共生菌Hamiltonella通過調控卵巢線粒體功能決定后代性比
要點：
通過消除含菌細胞共生菌而導致的葉酸缺失會改變煙粉虱的后代性比
共生菌缺失激活組蛋白甲基化修飾H3K9me3水平
H3K9me3修飾影響煙粉虱卵巢線粒體功能
抑制卵巢線粒體功能抑制受精，影響宿主后代性比
材料和方法：
關鍵結果：
（1）Hamiltonella缺失影響粉虱中的組蛋白H3甲基化譜，葉酸調控H3K9me3修飾
葉酸是將半胱氨酸甲基化為Met反應中的甲基供體，然后產生的Met轉化為組蛋白甲基化所需的SAM。因此葉酸可能會影響煙粉虱中的組蛋白甲基化。為了研究這一點，作者通過用抗生素混合物處理煙粉虱成蟲，特異性消除Hamiltonella，并使用western blot比較了感染Hamiltonellas的煙粉虱和Hamiltonella缺失煙粉虱之間甲基化組蛋白H3賴氨酸位點的豐度，即H3K4me1-3、H3K9me1-3、H1K27me1-3、H3K36me1-3和H3K79me1-3。在組蛋白3賴氨酸甲基化標記物中，與+HBt煙粉虱相比，H3K9me3、H3K36me3和H3K79me2在-HBt煙粉虱中具有顯著誘導的水平（圖1A）。H3K36me3為果蠅劑量補償X染色體上H4K16高乙酰化所必需。而H3K79me2在昆蟲中的功能尚不清楚。盡管不能排除H3K36me3和H3K79me2可能在煙粉虱中發(fā)揮意想不到的作用，但這些標記的功能可能與煙粉虱繁殖無關。H3K9me3影響受精后的基因轉錄、胚胎發(fā)育和細胞命運。因此本研究中關注H3K9me3。為驗證葉酸在煙粉虱H3K9me3水平變化中的作用，將+HBt和–HBt成體煙粉虱以及注射dsGFP和dsphoAB的煙粉虱以含葉酸的人工飼料喂養(yǎng)。葉酸的補充使–HBt煙粉虱中H3K9me3的水平恢復到+HBt煙粉虱中的水平，且補充葉酸不會改變+HBt煙粉虱中H3K9me3水平與+HBt煙粉虱中的水平（圖1B）。同樣補充葉酸使注射dsphoAB煙粉虱體內H3K9me3水平恢復至注射dsGFP煙粉虱中的水平；注射dsGFP煙粉虱相比，補充葉酸不會改變注射dsGFP煙粉虱中的H3K9me3水平（圖1C）。這些數據表明，葉酸負責調控煙粉虱中的H3K9me3信號。
圖1：Hamiltonella缺失對煙粉虱組蛋白甲基化的影響
為鑒定與H3K9me3相關的基因，使用H3K9me3抗體進行染色質免疫沉淀測序（ChIP-seq），85.3%–88.1%的clean后reads被比對到煙粉虱MEAM1基因組。Calling peaks后共鑒定出20603個peaks，平均長度為429.7個堿基對（bp）。其中10.9%peaks位于基因的外顯子區(qū)域，7.3%peaks位于基因的UTR，55.7%peaks位于基因的內含子區(qū)域，26.1%peaks位于基因的下游和遠端基因間區(qū)域內。與+HBt煙粉虱相比，-HBt煙粉虱中共有9722個peaks顯著上調，而10881個peaks顯著下調。進一步發(fā)現與+HBt煙粉虱相比，-HBt煙粉虱中3145和3399個基因分別與H3K9me3 peaks顯著上調和下調相關。KEGG通路富集分析顯示，與+HBt煙粉虱相比，-HBt煙粉虱中與差異H3K9me3 peaks相關的基因富集了五個通路（24個基因）（圖1D）。在五種富集的KEGG通路中，cAMP信號通路和AMPK信號通路（包括11種基因；圖1D）調控線粒體功能的各個方面。這些數據表明Hamiltonella可能影響粉虱的線粒體功能。線粒體功能包括呼吸和ATP生成、線粒體動力學（融合、分裂、線粒體自噬和分布）等。與Hamiltonella感染的煙粉虱相比，Hamiltonella缺失煙粉虱中與H3K9me3相關的32個基因參與線粒體功能。H3K9me3的ChIP-seq分析表明Hamiltonella缺失導致煙粉虱中的線粒體功能障礙。煙粉虱是單倍體昆蟲；受精卵產生雌性成蟲，未受精卵發(fā)育成雄性成蟲。由于雄性的Hamiltonella狀態(tài)對后代性比沒有顯著影響，而Hamiltonella缺失會降低煙粉虱的受精率，因此Hamiltonella缺失可能通過影響粉虱卵巢線粒體功能來抑制卵子受精。
表1：+HBt和-HBt煙粉虱H3K9me3 ChIP-seq的質控統計
表2：+HBt和-HBt煙粉虱H3K9me3 ChIP seq峰值統計
表3：+HBt和-HBt煙粉虱H3K9me3 ChIP seq峰值分布統計
（2）Hamiltonella缺失導致粉虱卵巢線粒體功能障礙
圖2：Hamiltonella缺失導致粉虱卵巢線粒體功能障礙
（3）補充葉酸會恢復Hamiltonella缺失煙粉虱卵巢的線粒體功能
圖3：補充葉酸可恢復煙粉虱卵巢線粒體功能
（4）Mfn2沉默抑制煙粉虱卵巢線粒體功能、抑制受精并降低雌性后代的百分比
參考文獻：
Yao YL, Ma XY, Wang TY, Yan JY, Chen NF, Hong JS, Liu BQ, Xu ZQ, Zhang N, Lv C, Sun X, Luan JB. A bacteriocyte symbiont determines whitefly sex ratio by regulating mitochondrial function. Cell Rep. 2023 Feb 10;42(2):112102.
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