两种芫菁的全基因组测序和化学感受器转录组基因的鉴定与分析

发布时间：2020-04-15 00:24

【摘要】：眼斑沟芫菁(Hycleus cichorii)和大斑沟芫菁(Hycleus phaleratus)是鞘翅目(Coleoptera)芫菁科(Meloidae)重要药用昆虫,也称为斑蝥。斑蝥在受到袭扰后能产生一种具有刺激性的防御物质斑蝥素(Cantharidin),而斑蝥素及其衍生物已被证实具有抗癌作用。到目前为止,还没有这两种芫菁的基因组相关研究报告。在转录组学研究方面,昆虫的化学感受器基因是近年来的研究热点,但眼斑沟芫菁和大斑沟芫菁在这方面的研究资料十分缺乏。同时,斑蝥素合成在大多数芫菁成虫中具有性二型(sexual dimorphism)现象,而这方面的转录组研究分析较少。此外,由于芫菁科昆虫的线粒体基因组信息不够丰富,芫菁家族之间的一些亲缘关系仍未了解清楚。本论文对两种芫菁的全基因组、线粒体基因组进行了鉴定和分析,同时利用转录组数据对它们的一些重要功能基因进行了研究。结果如下:1.首次报道了两种芫菁的全基因组草图,组装得到超过98%的全变态昆虫的单拷贝同源序列和绝大多数编码区序列;经分析分别获得两种芫菁的13,813条和13,725条蛋白质编码基因,其中89%的基因得到了功能注释。通过BUSCO比对分析,证实两种芫菁的基因组与高质量的中欧山松大小蠹(Dendroctonus ponderosae)和白蜡窄吉丁(Agrilus planipennis)基因组测序质量相当。眼斑沟芫菁和大斑沟芫菁基因组的成功组装,对未来斑蝥素的生物合成机制研究以及其它芫菁科和鞘翅目昆虫的比较基因组学研究都有重要价值。2.完成了两种芫菁的线粒体基因组测序,其长度分别为15,758bp和15,780bp;同时基于9种芫菁科昆虫的13个蛋白质编码基因,用贝叶斯法构建了系统发育树。与已有研究结果比较,进一步证实了两种芫菁与马可波罗沟芫菁(Hycleus marcipoli)和霍氏沟芫菁(Hycleus chodschenticus)密切相关,并且所有的芫菁科物种都作为单系群回归到圆点斑芫菁(Mylabris aulica)姐妹群中。3.首次通过转录组测序对两种芫菁的6个化学感受器基因家族进行了分析。本研究一共鉴定了大斑沟芫菁的8个气味结合蛋白基因(OBPs)、6个化学感受蛋白基因(CSPs)、3个感觉神经元膜蛋白基因(SNMPs)、16个气味受体基因(ORs)、8个味觉受体基因(GRs)和19个亲离子受体基因(IRs);鉴定了眼斑沟芫菁的5个OBPs,6个CSPs,6个SNMPs,11个ORs,5个GRs和20个IRs基因。在分析中还发现了两种芫菁“分歧IR(divergent IR)”基因的扩张。在SNMP基因的三个亚类分析中,SNMP1在雄性芫菁中有高表达,而SNMP2在雌性芫菁中有高表达。SNMP3在眼斑沟芫菁和大斑沟芫菁中都有大量表达。值得注意的是,SNMP3在两种芫菁身体组织中的表达量有明显差异,上下调趋势完全相反,这也许和种群隔离有关。上述研究为今后芫菁科昆虫的物种保护和生物学研究提供了基础数据。4.通过转录组测序和基因差异表达分析共组装获得37,422条眼斑沟芫菁的转录本序列。为了消除野外环境和饲养环境的表达差异,综合分析了来自野外和实验室饲养的两组成虫的转录组数据,共鉴别出698个雌雄显著差异表达基因。此外,KEGG通路富集显示,在雌虫中显著高表达基因主要富集到信号过程及遗传物质代谢相关通路;而在雄虫中高表达基因主要富集到物质和能量代谢相关通路。经分析还鉴别出8个斑蝥素合成通路的核心酶基因。这些数据为斑蝥素的生物合成和性二型现象的深入研究提供了有益参考。
【图文】：

芫菁,眼斑

图 2.1 眼斑沟芫菁(a)和大斑沟芫菁(b)Figure 2.1 Hycleus cichorii(a) and Hycleus phaleratus(b) 生活习性芫菁属于生活史较复杂的复变态昆虫，芫菁的各龄期幼虫形态和生活史别，在蛹期之外还存在伪蛹期（pseudopupae）。芫菁的一龄幼虫胸足较爬行能力强，又称为三爪蚴（triungulinlarva），属步甲型幼虫。该幼虫虫卵内或侵入蜂巢内进食后，即开始蜕皮转化为体壁较软、行动缓慢且的蛴螬型幼虫（scarabaecidlarva）。蛴螬型幼虫经 3 龄期左右的发育后，钻入土壤继续蜕皮进入第 5 龄期，成为体壁较坚韧、胸足几乎完全不动的坚皮幼虫（coarctatelarva），即上文提到的伪蛹。芫菁以此虫态越 6 个月左右再转变为蛴螬型的 6 龄期幼虫，第二年再蜕皮、化蛹及羽化等，1991，2002）（图 2.2）。

芫菁,作家,生活史,图片

图 2.2 芫菁生活史（图片由科普作家严莹提供）Figure 2.2 The life cycle of blister beetles(the pictures provided by a science writer Yan Ying)芫菁成虫为植食性，，多为农业害虫，以豆类、瓜类植物，花生、辣椒、番茄等的嫩叶和花为食；幼虫为肉食性，寄生或捕食蝗虫卵，也可寄生于蜂巢捕食蜂卵或幼虫。自然条件下芫菁多为每年 1 代，成虫产卵于土中。芫菁的繁殖力较低，
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：Q963

【参考文献】