论文标题：Activation of BmToll9-1 in Silkworm (Bombyx mori) Larval Midgut by Escherichia coli and Regulation of Growth

论文链接：https://www.mdpi.com/2075-4450/16/6/621

期刊名：Insects

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/insects

文章导读

在昆虫的世界里，先天免疫是它们抵御病原体入侵的唯一防线。当病菌来袭，昆虫依靠Toll和IMD通路合成抗菌肽来对抗病毒。而Toll基因就像信号转导的“桥梁”，连接着细胞内外的信息。Toll受体属于古老的免疫防御相关受体家族，其编码的信号级联组件基因在从低等到高等的脊椎动物中高度保守。昆虫Toll是一种I型跨膜蛋白。

家蚕作为重要的模式生物，不仅具有显著的经济价值，还是鳞翅目昆虫研究的理想模型，其基因组已测序完成，且易受病原体感染，适合研究先天免疫机制。尽管家蚕中有14个Toll相关基因，但目前研究主要集中在BmToll9基因上，它编码两种密切相关的受体BmToll9-1和BmToll9-2，这两种受体与家蚕的先天免疫有关。此前研究发现，BmToll9-1在细菌或真菌感染后表达被诱导，敲低它会使幼虫和茧变小变轻，还能增强对大肠杆菌的抗菌活性；BmToll9-2也有类似效果，且细菌挑战后其表达上调可减轻丝虫体重差异。虽然已证实BmToll9-1在先天免疫中至关重要，但其涉及的通路和调节机制尚不明确。

广州大学生命科学学院刘吉升副教授团队基于以上科学问题，在 Insects 期刊上发表了题为“Activation of BmToll9-1 in Silkworm (Bombyx mori) Larval Midgut by Escherichia coli and Regulation of Growth”的文章。本文以模式生物家蚕为研究对象，通过RNA干扰和细菌感染相结合，进一步阐明BmToll9-1在家蚕先天免疫中的作用机制。

研究过程与结果

研究对象

以家蚕为研究对象，探究BmToll9-1基因的功能。家蚕全基因组信息清晰，研究方法成熟，是研究昆虫先天免疫的重要模式生物。

研究方法

利用RNA干扰技术进行BmToll9-1的基因沉默，并进行细菌感染，通过qRT-PCR检测BmToll9-1基因、Toll通路信号基因和抗菌肽基因的表达变化，观察家蚕幼虫的体重体型变化，阐明BmToll9-1基因对细菌的免疫应答和家蚕幼虫生长发育的调节作用。

研究结论

结论1 细菌感染可激活BmToll9-1的表达

注射dsBmToll9-1后喂食热灭活的大肠杆菌或金黄色葡萄球菌，发现dsRNA虽能有效降低BmToll9-1表达，但细菌感染可缓解这种沉默效应(图1)。喂食大肠杆菌24 h后，RNA干扰组中BmToll9-1表达水平恢复至对照组水平；喂食金黄色葡萄球菌12 h内，其表达水平也恢复正常。

图1. BmToll9-1基因沉默并喂食细菌后BmToll9-1基因的相对表达量

结论2 细菌侵染减轻BmToll9-1沉默导致的生长表型

BmToll9-1基因沉默后，幼虫和茧出现变小变轻的表型，但细菌处理可抵消BmToll9-1基因干扰的生长表型(图2)。喂食大肠杆菌后，BmToll9-1沉默幼虫的体重逐渐恢复至接近对照组水平，在第4天达到最大值；喂食金黄色葡萄球菌后，幼虫体重变化与喂食大肠杆菌类似，也在第4天达到峰值。两种细菌处理后，幼虫化蛹时间与对照组相近，化蛹后体重均与对照组无显著性差别。

图2. BmToll9-1基因沉默并喂食细菌后对家蚕体重和表型的影响

结论3 细菌侵染诱导Toll通路信号基因的表达

先前研究发现BmToll9-1基因沉默会降低Toll通路信号基因的表达。本研究中，喂食热灭活的大肠杆菌或金黄色葡萄球菌后，与对照组相比，RNA干扰组中大多数Toll通路信号基因显著上调(图3)。喂食大肠杆菌时，BmMyD88、BmPelle等基因表达分别上调2.26-3.64倍不等；喂食金黄色葡萄球菌时，这些基因表达也显著上调。

图3. BmToll9-1基因沉默并喂食细菌后对Toll通路信号基因表达的影响

结论4 细菌侵染诱导下游效应基因的表达

先前研究发现BmToll9-1基因沉默会降低下游效应基因的表达。本研究中，细菌处理后，大多数抗菌肽基因在RNA干扰组中显著上调(图4)。喂食大肠杆菌时，BmAtt1、BmCecA等基因分别上调9.06-33.29倍不等；喂食金黄色葡萄球菌时，部分抗菌肽基因也显著上调。

图4. BmToll9-1基因沉默并喂食细菌后对下游效应基因表达的影响

结论5 BmToll9-1和BmToll9-2表达互不影响

交叉验证实验表明，BmToll9-1基因沉默不影响BmToll9-2的表达，反之亦然(图5)。说明BmToll9-1和BmToll9-2功能相似但为不同基因，有独立的调控机制。

图5. BmToll9-1和BmToll9-2基因相互沉默时的相对表达量

研究总结

本研究深入探讨了BmToll9-1基因作为免疫响应细菌在调节家蚕幼虫发育和Toll信号通路中的作用。沉默BmToll9-1会降低Toll通路信号基因和下游效应基因的表达，但细菌侵染可重新诱导BmToll9-1表达，从而恢复家蚕体重和体型。此外，大肠杆菌比金黄色葡萄球菌更能诱导Toll信号和下游效应基因的表达，表明BmToll9-1优先被革兰氏阴性细菌大肠杆菌激活。本研究还初步证实BmToll9-1与之前报道的BmToll9-2能激活Toll通路和几乎相同的效应基因，且两者互不影响对方表达，为进一步研究其潜在的协同功能提供了依据。

原文出自Insects期刊

Liu J, Chen W, Lai M, Chen J, Swevers L. Activation of BmToll9-1 in Silkworm (Bombyx mori) Larval Midgut by Escherichia coli and Regulation of Growth. Insects, 2025, 16, 621.