基于基因组数据的苹果蠹蛾入侵性评估与化学感受机制研究

发布时间：2022-12-05 21:34

　　随着全球贸易化的加剧,外来入侵物种对农林业、生态环境及人类健康安全的威胁日益严重,明确其入侵机制对于预警监测和有效控制具有重要意义。成功入侵与入侵种的入侵性、入侵地生态系统的敏感性即可入侵性,以及传入过程密切相关。当聚焦到入侵种本身时,科学家们普遍认为入侵物种的成功入侵与其自身优势特性相关,即“内在优势假说”。然而,对大量入侵昆虫而言,哪些特性能赋予其入侵性尚无定论。苹果蠹蛾是世界范围内的入侵害虫,严重威胁全球苹果、梨等水果的安全生产,然而其全球入侵扩散的分子机制尚不清楚。本课题组前期完成了苹果蠹蛾全基因组测序与组装工作,本论文基于苹果蠹蛾基因组数据及可获得的入侵物种基因组,通过数据库平台构建、比较基因组分析、机器学习以及化学生态学研究方法:首先构建了入侵物种基因组数据库“InvasionDB”;基于InvasionDB,分析了以苹果蠹蛾为代表的入侵昆虫共同的基因组特征,首次构建了机器学习分类器对昆虫入侵性进行定性判断,并提出入侵指数来定量评估昆虫入侵性;重点针对在苹果蠹蛾入侵过程中起重要作用的化学感受相关基因家族,进行了比较分析;并侧重对其中发生扩张的一对关键基因（CpomOR3a和... 

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 文献综述
    1.1 入侵昆虫基因组测序现状
        1.1.1 入侵昆虫基因组测序及动态
        1.1.2 入侵昆虫基因组质量评估
        1.1.3 入侵昆虫基因组文章
    1.2 基因组数据揭示昆虫入侵机制
        1.2.1 基因或基因家族与昆虫入侵性
        1.2.2 转座子/重复序列与昆虫入侵性
        1.2.3 非编码RNA与昆虫入侵性
    1.3 基因组研究助力害虫防控新技术/新产品开发
        1.3.1 基因组研究助力RNAi防治技术
        1.3.2 基因组研究助力SIT防治技术
        1.3.3 基因组研究助力化学生态防治技术
        1.3.4 基因组研究助力物理防治技术
    1.4 利用组学数据研究昆虫入侵性前景
    1.5 本研究目的、意义及内容
        1.5.1 研究目的及意义
        1.5.2 研究内容与技术路线
第二章 入侵物种基因组数据库构建
    2.1 材料与方法
        2.1.1 InvasionDB数据库开发环境
        2.1.2 数据收集
        2.1.3 重要基因家族鉴定
        2.1.4 非编码RNA鉴定
    2.2 结果
        2.2.1 数据库系统实现
        2.2.2 物种信息
        2.2.3 基因家族分析
        2.2.4 非编码RNA(ncRNAs)
        2.2.5 搜索功能
        2.2.6 基础比对功能 (BLAST)
        2.2.7 基因组可视化功能
        2.2.8 下载功能
        2.2.9 其他数据库链接
    2.3 讨论
第三章 利用机器学习方法评估昆虫入侵性
    3.1 材料与方法
        3.1.1 基因组下载与物种选择
        3.1.2 全基因组基因家族鉴定
        3.1.3 重构系统发育树
        3.1.4 分化时间评估
        3.1.5 基因家族扩张与收缩分析
        3.1.6 基因组特征比较分析
        3.1.7 入侵昆虫共同扩张基因家族鉴定
        3.1.8 入侵性相关基因家族与扩张指数
        3.1.9 入侵指数公式
        3.1.10 应用入侵指数公式评估昆虫入侵性
        3.1.11 利用机器学习算法对入侵性进行分类
    3.2 结果
        3.2.1 选择37个入侵物种和7个非入侵物种
        3.2.2 基因组的一般特征与入侵性
        3.2.3 入侵性相关基因家族鉴定
        3.2.4 入侵指数公式构建
        3.2.5 利用机器学习算法对昆虫入侵性进行分类
    3.3 讨论
第四章 苹果蠹蛾化学感受相关基因家族的鉴定及进化分析
    4.1 材料与方法
        4.1.1 数据来源
        4.1.2 基因家族的鉴定
        4.1.3 系统进化分析
    4.2 结果
        4.2.1 苹果蠹蛾化学感受功能相关基因家族鉴定
        4.2.2 苹果蠹蛾气味结合蛋白基因家族的鉴定及进化分析
        4.2.3 苹果蠹蛾气味受体的鉴定及进化分析
        4.2.4 苹果蠹蛾味觉受体的鉴定及进化分析
        4.2.5 苹果蠹蛾离子型受体的比较基因组学分析
    4.3 讨论
第五章 苹果蠹蛾CpomOR3基因拷贝及功能验证
    5.1 材料与方法
        5.1.1 供试昆虫
        5.1.2 RNA提取及cDNA合成
        5.1.3 CpomOR3a 和 CpomOR3b 基因序列比对、染色体定位及表达量分析
        5.1.4 荧光原位杂交试验
        5.1.5 CpomOR3a 和 CpomOR3b 基因功能分析
        5.1.6 RNA干扰试验
        5.1.7 Y型嗅觉仪试验
        5.1.8 触角电位检测
    5.2 结果
        5.2.1 CpomOr3a和CpomOr3b序列相似性分析及染色体定位
        5.2.2 CpomOR3a和CpomOR3b表达谱
        5.2.3 CpomOR3a和CpomOR3b在成虫触角中的共定位
        5.2.4 CpomOR3a和CpomOR3b功能研究
    5.3 讨论
第六章 全文总结与展望
    6.1 全文主要结论
    6.2 本文主要创新点
    6.3 下一步工作展望
参考文献
附录
致谢
作者简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]Non-coding RNAs and Their Roles in Stress Response in Plants[J]. Jingjing Wang,Xianwen Meng,Oxana B.Dobrovolskaya,Yuriy L.Orlov,Ming Chen.  Genomics,Proteomics ＆ Bioinformatics. 2017(05)
[2]昆虫基因组及数据库研究进展[J]. 尹传林,李美珍,贺康,丁思敏,郭殿豪,席羽,李飞.  环境昆虫学报. 2017(01)
[3]苹果蠹蛾在中国的扩散与危害[J]. 徐婧,刘伟,刘慧,吴立峰,张润志.  生物安全学报. 2015(04)
[4]遗传控制技术在实蝇类害虫中的研究进展[J]. 武强,吕志创,张桂芬,严盈,刘桂清,李建伟,王玉生,蔡玉音,万方浩.  生物安全学报. 2015(02)
[5]Electroantennogram responses of an invasive species fall webworm（Hyphantria cunea） to host volatile compounds[J]. TANG Rui 1,2,SU MaoWen 1,2 ＆ ZHANG ZhongNing 11 State Key Laboratory of Integrated Management of Pest Insects and Rodents,Institute of Zoology,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100101,China;2 Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China.  Chinese Science Bulletin. 2012(35)
[6]苹果蠹蛾Cydia pomonella（L.）[J]. 张润志.  应用昆虫学报. 2012(01)
[7]中国入侵生物学学科的构建与发展[J]. 万方浩,严盈,王瑞,杨国庆.  生物安全学报. 2011(01)
[8]苹果蠹蛾在我国西北发生危害情况[J]. 秦晓辉,马德成,张煜,李广华,王培.  植物检疫. 2006(02)
[9]苹果蠹蛾（Carpocapsa pomonella L.）在我国的新发现[J]. 张学祖.  昆虫学报. 1957(04)

硕士论文
[1]利用组学数据检测昆虫的抗药性和入侵性[D]. 罗嘉鹏.南京师范大学 2018



本文编号：3710391