1月23日，我院植保所水稻蟲害防控研究團隊的合作研究成果在國際著名學術期刊Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) 在線發表，論文題為“The microbiome stabilizes circadian rhythms in the gut” (共生菌穩定昆蟲腸道生物鐘節律)。團隊首席專家方繼朝研究員和美國賓夕法尼亞大學Amita Sehgal教授為論文共同通訊作者，團隊骨干張月亮研究員為第一作者。
相對穩態的生物鐘節律對生物體的發育、健康等至關重要。生物體為適應地球自轉帶來的24h光照和溫度變化，進化了以時鐘基因為核心調控元件的生物鐘響應機制。歸根結底，各種疾病的產生都源于生物鐘節律短期或長期失衡。對生物鐘節律分子機制的研究，獲得2017年諾貝爾生理學或醫學獎。而腸道共生菌對宿主生物的營養、免疫及神經發育等也有重要作用。但迄今為止，共生菌是否對宿主生物鐘節律產生影響還不清楚。
該研究利用16s-rRNA和RNA-Seq分析發現，當宿主昆蟲缺失內在生物鐘節律(時鐘基因突變)時，為更好地應對限食等外界節律改變，宿主需要啟動部分保守的腸道共生菌震蕩節律來彌補生物鐘功能的缺失，即昆蟲的時鐘基因干擾其腸道共生菌節律;而另一方面，腸道共生菌顯著改變宿主昆蟲腸道基因表達節律。缺失腸道共生菌這道屏障，則宿主昆蟲的生物鐘節律更易于震蕩(震蕩基因數量和震幅顯著增加，但相位不變)。通過人為的時差改變，我們發現有共生菌的腸道竟能與中速神經生物鐘節律同步，并且腸道共生菌在生物鐘節律轉換中起到重要的緩沖作用。
機制分析發現，腸道共生菌主要通過調控核心時鐘基因(無菌腸道核心時鐘基因Per、Tim等震幅顯著增高)、關鍵轉錄因子及組氨酸乙酰化節律來實現這一過程。
該研究成果為豐富害蟲防治策略、開拓綠色防控技術及更好地利用共生菌，提供了重要依據。
該研究得到我院雙向博士后項目、國家自然科學基金面上項目和國家水稻產業技術體系項目的支持。
論文鏈接：www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2217532120
2023年1月29日
江蘇省農業科學院植保所
