近日，我校生命科学研究院引进人才王炜副教授团队联合天津大学王泽方教授、耶鲁大学Mark Hochstrasser教授、上海科技大学杨海涛研究员，在国际著名学术期刊《Nature Communications》上发表了题为“Crystal Structures of Wolbachia CidA and CidB Reveal Determinants of Bacteria-induced Cytoplasmic Incompatibility and Rescue”的研究论文。该研究通过设计沃尔巴克氏菌胞质不相容性因子，实现了人工操纵胞质不相容。这是该团队近期继揭示胞质不相容性的分子机制之后（详见https://kyc.cqmu.edu.cn/info/1061/1915.htm），在抗蚊媒疾病研究领域取得的又一重要进展。

沃尔巴克氏菌(Wolbachia)可通过诱导两性配子结合时的胞质不相容性现象（Cytoplasmic Incompatibility，CI）导致蚊虫“不孕不育”，从而达到控制蚊虫种群数量的目的，是一种高效绿色的生物防治方法。在先前的研究中，王炜等研究人员已发现CI因子（胞质不相容性因子A、B）之间的互作是Wolbachia产生CI现象的关键因素（Xiao et al., PNAS，2021）。据此，团队提出进一步设想：能否通过操纵CI因子的互作控制CI现象？这将为设计新型CI因子以更有效地控制蚊媒病毒传播提供重要工具。

为验证以上设想，王炜团队对来自两种不同的Wolbachia菌株（wPip、wMel）的CI因子（分别为CidAwMel、CidBwMel以及CidAwPip、CidBwPip）进行了全面的研究。该研究首先利用晶体学和AlphaFold预测结合的方法获得了两类不同CI因子的复合物结构（图1a-b），并发现参与互作的氨基酸。随后，对野生型CidAwMel进行改造（将其中参与互作的氨基酸替换为CidAwPip中的对应氨基酸，以下称为CidAwMel(ST)），并发现CidAwMel(ST)可以与CidBwPip发生相互作用，且能够拯救CidBwPip诱导的酵母生长缺陷（图1c-d）。接下来，该研究对CidAwMel(ST)相互作用界面氨基酸进行分组回复突变（得到CidAwMel(ST-1)~CidAwMel(ST-9)），并发现CidAwMel(ST-4)、CidAwMel(ST-7)、CidAwMel(ST-9)失去了与CidBwPip互作以及拯救CidBwPip诱导的酵母生长缺陷的能力（图1d），提示这些区域对于CidAwMel(ST)-CidBwPip的结合起到关键作用。最后，研究团队还解析了CidAwMel(ST)-CidBwPipND1-ND2的复合物结构，证实了人工设计CI因子互作界面氨基酸对结合特异性的贡献（图1e）。

该研究通过人工设计CI因子并调控它们间的相互作用，首次实现了人工操纵胞质不相容，也对今后利用Wolbachia和CI防控蚊媒疾病和农业虫害具有重要意义。

图1. 人工设计的CI因子操纵CI的产生和拯救

王炜副教授、王泽方教授、Mark Hochstrasser教授、杨海涛研究员为该论文共同通讯作者。重庆医科大学生命科学研究院研究生杨昕、博士后崔闻参与了研究工作。

原文链接如下：https://www.nature.com/articles/s41467-022-29273-w

科研处 生命科学研究院

2022年3月29日