基于单细胞转录组测序技术对白蚁孤雌卵和两性卵胚胎发育中的基因表达分析

发布时间：2020-07-13 08:39

【摘要】：尖唇散白蚁Reticulitermes aculabialis是我国已知的白蚁中唯一具有兼性孤雌生殖能力的白蚁种类,黄胸散白蚁R.flaviceps则不具有孤雌生殖能力。前期研究显示,尖唇散白蚁孤雌卵在排卵之后仍然可以继续进行胚胎的正常发育,而黄胸散白蚁孤雌卵则在排卵之后的3-5天左右开始出现发育缓慢现象,在第10天左右发育几乎完全停滞。本研究利用Illumina HiSeq~TMM 2000平台对胚胎发育至第4天的黄胸散白蚁孤雌卵、黄胸散白蚁两性卵、尖唇散白蚁孤雌卵和尖唇散白蚁两性卵进行单细胞转录组测序分析。通过对尖唇散白蚁孤雌卵和两性卵以及黄胸散白蚁孤雌卵和两性卵之间的差异基因进行分析,找到影响尖唇散白蚁孤雌卵可以正常发育而黄胸散白蚁孤雌卵出现发育阻滞的基因,对这些调控基因利用实时荧光定量PCR技术进行基因表达水平的研究,同时分析其基因表达量的变化趋势,揭示影响白蚁孤雌生殖发生的原因。研究结果如下:(1)黄胸散白蚁孤雌卵和两性卵构成的转录组组装获得422213条unigenes。有123667条Unigenes被注释到数据库中,Nr数据库注释到122100条Unigenes;COG数据库注释到36805条Unigenes,涉及26个功能分类;Swissprot数据库注释到的Unigenes为48416条;KEGG数据库注释到11086条Unigenes,涉及43条生物通路;Go数据库注释到的Unigene分别涉及生物学过程、细胞成分及分子功能相关的共54种生理代谢功能。按照差异显著性标准(差异基因表达变化2倍以上且pvalue≤0.05)进行筛选,黄胸散白蚁孤雌卵和两性卵之间的差异基因个数为19153个,上调基因有484个,下调基因有18669个。(2)尖唇散白蚁孤雌卵和两性卵构成的转录组组装获得324454条unigenes。有62253条Unigenes被注释到数据库中,Nr数据库注释到61289条Unigenes;COG数据库注释到23507条Unigenes,涉及26个功能分类;Swissprot数据库注释到24808条Unigenes;KEGG数据库注释到的Unigenes为2354条,涉及42条生物通路;Go数据库注释到的Unigene分别涉及生物学过程、细胞成分及分子功能相关的共49种生理代谢功能。按照差异显著性标准(差异基因表达变化2倍以上且pvalue≤0.05)进行筛选,尖唇散白蚁孤雌卵和两性卵之间的差异基因个数为937个,上调基因有710个,下调基因有277个。(3)对实时荧光定量PCR的结果进行分析,我们发现在胚胎发育至第四天的黄胸散白蚁孤雌卵(RfFFegg-4)、黄胸散白蚁两性卵(RfFMegg-4)、尖唇散白蚁孤雌卵(RaFFegg-4)和尖唇散白蚁两性卵(RaFMegg-4)中。cdk2在各组间的表达量均无显著性差异。cpeb除了在RaFFegg-4中的表达量水平显著高于在RfFMegg-4中外(P0.05),其余各组之间亦均无显著性差异。pka、map2k1、mapk1/3、hgk、mkp和pax6在RaFFegg-4中的表达水平显著高于RfFFegg-4(P0.05)。pka、map2k1、mapk1/3和hgk在RfFMegg-4中的表达水平显著高于RfFFegg-4(P0.05)。pax6和mkp在RfFMegg-4和RfFFegg-4之间无显著性差异。由此推测表达显著性差异的基因可能参与调控了白蚁卵的胚胎发育以及孤雌生殖的发生。(4)在RfFMegg、RaFFegg和RaFMegg胚胎发育的5个时期中,cdk2、pka、map2k1、mapk1/3、hgk和mkp在卵胚胎发育至第二天时基因表达量达到最大并继续保持较高水平的表达量,或者在卵胚胎发育至第四天时基因表达量达到最大,在第四天后基因表达量都开始逐渐下降。在RfFFegg胚胎发育的5个时期中,cdk2、pka、map2k1、mapk1/3、hgk和mkp在卵刚刚产出的时候基因表达量就已经达到最大或者在卵胚胎发育至第二天时基因表达量达到最大,在第二天后基因表达量都开始下降。由此可以推测,黄胸散白蚁孤雌卵在排卵后的3-5天开始出现发育迟缓的现象有可能就是因为cdk2、pka、map2k1、mapk1/3、hgk和mkp在黄胸散白蚁孤雌卵胚胎发育至第二天后,基因表达量下降而导致的。对于其具体的作用机制,有待进行更深入的研究。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q963
【图文】：

分飞,若蚁,附注,生殖蚁

西北大学硕士毕业论文殖品级之间存在着一些中间型品级，包括有翅芽型兵蚁、工蚁蚁拟补充型生殖蚁[15~18]。级级包括原始繁殖蚁和补充生殖蚁，它们在整个巢群内的数量殖器官。原始生殖蚁（原始蚁后和原始蚁王）是由末龄若蚁羽合适的时候分飞出原巢脱翅建立新巢（图 1.1）。原始蚁王和者[18]，蚁后是生殖的机器，具有着膨大的腹部，性腺高度发殖蚁死亡或者是生殖能力不足的时候，巢群内就会及时的产生的生存和扩张[19]。

兵蚁,工蚁,分飞,附注

图 1.2 工蚁和兵蚁Fig.1.2 Worker and soldier唇散白蚁工蚁；B.尖唇散白蚁兵蚁。配繁殖行为巢环境下，雌性和雄性有翅成虫从母巢中飞出并进行扩散的虫分飞是白蚁进行分群繁殖的主要方式，巢群建立则是白]。白蚁的分飞时间从每年的几天到一整年不等，每次持续数的白蚁都具有自己特有的典型分飞季节。光照、温度是影响白蚁分飞的气象条件。低等白蚁分飞的气候条件相，但分飞时的有翅成虫数量少；高等白蚁分飞则对气候数少，但每次分飞的有翅成虫数量多[3]。成虫分飞落地后

模式图,生殖系统,模式图

图 1.3 生殖系统模式图（程冬保，2014）Fig.1.3 Adiagram of the reproductive system台湾乳白蚁有翅成虫的雌性生殖系统模式图（仿黄复生等，2000）；性生殖系统模式图（仿黄复生等，2000）。殖中，除了正常的两性生殖外，还存在着孤雌生殖的现象[29~31]。殖，指在特定的条件下，雌性个体产出的卵不经过受精作用而殖方式[32]。兼性孤雌生殖指的是在正常的情况下，一些白蚁的性生殖，但是在雄性成虫缺乏的情况下，雌性成虫之间可以进此时产生出来的未受精卵可以直接发育成为新的个体的现象[2繁殖蚁交配率低或者是雄性成虫缺失的情况，此时白蚁的孤雌就具有着非常重要的意义[24,33]。一些白蚁的原始蚁后通过孤雌过有性繁殖来产生巢群内的其他群体成员，然后次级蚁后与原

【相似文献】