七星瓢虫触角转录组及嗅觉相关基因分析

【目的】瓢虫科食性高度分化。本研究旨在通过建立七星瓢虫Coccinella septempunctata触角转录组数据库,探讨其触角嗅觉相关基因与食性分化的关系。【方法】采用Illumina HiSeq 4000高通量测序平台对七星瓢虫成虫触角转录组进行测序、组装、注释,挖掘嗅觉相关基因,并与已发表的茄二十八星瓢虫Henosepilachna viginyioctopunctata转录组进行比较。【结果】共获得七星瓢虫触角转录组31 775条unigenes,其中69.71%的序列得以注释,NR数据库中注释最多,为20 539条。据注释信息,挖掘到27个嗅觉相关基因,包括1个气味结合蛋白(odorant binding protein, OBP)基因,13个化学感受蛋白(chemosensory protein, CSP)基因,4个气味受体(odorant receptor, OR)基因,7个味觉受体(gustatory receptor, GR)基因和2个感觉神经元膜蛋白(sensory neuron membrane protein, SNMP)基因。相对应地,在植食性茄二十八星瓢虫转录组中鉴定到38个嗅觉相关基因,包括七星瓢虫中未发现的1个离子型受体(ionotropic receptor, IR)基因。在各类型嗅觉相关基因中,茄二十八星瓢虫转录组的OBP基因比例(13.16%)高于七星瓢虫触角转录组的(3.70%),而七星瓢虫触角转录组的GR基因比例(25.93%)则高于茄二十八星瓢虫转录组的(13.16%)。【结论】触角嗅觉相关基因数目不是昆虫食性分化的主因。本研究获得了七星瓢虫触角转录组学资源,初步探讨了嗅觉相关基因同瓢虫食性分化的关系,为了解瓢虫乃至昆虫食性分化的分子基础提供了信息。     

大蜡螟触角转录组及嗅觉相关基因分析

【目的】大蜡螟Galleria mellonella Linnaeus是世界范围内蜂群中普遍存在的害虫,给世界养蜂业带来了巨大的危害。本研究旨在建立大蜡螟触角转录组数据库,挖掘大蜡螟嗅觉相关基因,为今后利用嗅觉基因靶标防治大蜡螟提供分子生物学信息数据。【方法】利用高通量测序平台(Illumina HiSeqTM 2500)对大蜡螟触角进行转录组测序和组装,通过筛选转录组数据库,鉴定出嗅觉相关基因。【结果】成功构建了大蜡螟触角转录组,经序列拼接获得188 278条unigenes,平均长度为781 bp,N50为1 161 bp。使用BLAST软件将大蜡螟触角unigenes序列与7大公共数据库比对,共注释到108 047条unigenes,其中NR数据库注释的unigenes最多,为78 746条,占41.82%,且NR注释的大蜡螟unigenes中与家蚕Bombyx mori类似基因最多,为18.4%。将unigenes与GO数据库比对发现,共有69 794条unigenes注释到GO数据库中,按照其所参与的生物过程、细胞组分和分子功能对其进行GO功能分类,共含有55个亚类,其中参与结合和催化功能及代谢过程的unigenes比例较大;KEGG代谢途径分析表明,14699条unigenes形成231条代谢通路,其中被注释在信号传导通路中的unigenes最多,为2 401条,占16.33%。进一步基因注释分析,鉴定得到226个候选嗅觉相关基因,包括52个气味结合蛋白(Odorant binding proteins,OBPs)基因,36个化学感受蛋白(Chemosensory proteins,CSPs)基因,80个气味受体(Odorant receptors,ORs)基因,56个离子型受体(Ionotropic receptors,IRs)基因和2个感觉神经元膜蛋白(Sensory neuron membrane proteins,SNMPs)基因;通过比较雌、雄大蜡螟转录组鉴定出114个差异表达基因,包括5个嗅觉相关基因(OBP8、OBP17、CSP3、CSP34和OR15);114个差异表达基因中,66个基因在雌蛾触角中高表达,48个基因在雄蛾触角中高表达。【结论】本研究获得了大蜡螟触角转录组数据,并鉴定出候选嗅觉相关基因,结果为进一步研究大蜡螟的基因功能及嗅觉感受机制奠定分子基础。     

悬铃木方翅网蝽触角气味结合蛋白基因鉴定

【目的】悬铃木方翅网蝽Corythucha ciliata是专性危害悬铃木属Platanus植物的外来入侵害虫,本研究旨在获得该害虫触角中气味结合蛋白(OBPs)基因信息,以期寻求有效控制害虫的嗅觉分子靶标。【方法】利用Illumina HiSeq~(TM) 4000高通量测序技术对悬铃木方翅网蝽雌雄成虫触角进行转录组测序并对测序结果进行生物信息学分析;通过实时荧光定量PCR(qPCR)方法,分析OBP基因在悬铃木方翅网蝽雌雄成虫触角中的表达模式。【结果】对悬铃木方翅网蝽雌雄成虫触角6个样品的转录组测序,共获得40.87 Gb clean reads,各样品的序列长度均达到6.31 Gb。转录组数据分析共鉴定出26个推测的悬铃木方翅网蝽OBP基因,其编码蛋白中24个(CcilOBP1-24)属于Classic OBPs,CcilOBP25/26属于Plus-C OBPs;与半翅目其他昆虫相关OBPs系统发育分析表明,大部分CcilOBPs形成独立一簇,少数与其他半翅目昆虫OBPs直系同源。qPCR分析显示,有11个OBP基因在雌雄成虫触角中表达量差异显著,其中有9个OBP基因(CcilOBP5/6/9/10/17/18/21/24/25)在雄成虫触角中显著高表达,有2个OBP基因(CcilOBP14/16)在雌成虫触角中显著高表达。【结论】本研究获得了悬铃木方翅网蝽成虫触角气味结合蛋白基因信息,研究结果为生物控制该害虫提供了重要基础数据和候选分子靶标。     

花椒窄吉丁触角转录组及嗅觉相关基因分析

【目的】建立花椒窄吉丁Agrilus zanthoxylumi成虫触角转录组数据库,挖掘嗅觉相关基因,为今后研究其触角的化学感受机制及生物防控提供理论支撑。【方法】采用高通量测序平台IlluminaNovaSeq 6000对花椒窄吉丁雌雄成虫触角进行转录组测序,用Trinity软件对获得的高质量reads进行序列拼接与组装;使用BLAST软件将触角转录组数据比对NR, NT, Swiss-Prot, GO, KEGG, BLASTX,eggNOG, Pfam, TmHMM, SignalP, KO, Map, BLASTP和RNAMMER公共数据库;基于初步筛选到的花椒窄吉丁候选气味结合蛋白(odorant binding protein, OBP)和化学感受蛋白(chemosensory protein, CSP)以及其他鞘翅目昆虫的同源蛋白的核苷酸序列,利用MEGA软件进行系统进化分析。运用RPKM (reads perkilobase per million mapped reads)值对嗅觉相关基因表达量进行分析。【结果】花椒窄吉丁雌雄成虫触角转录组测序共获得36 209条基因和90 982条转录本,其N₅₀分别为2 103和2 523 bp,组装完整性较高。注释到NR数据库的基因最多(41.62%),其中与赤拟谷盗Tribolium castaneum相似基因所占比例最高(19%)。在GO数据库中比对到11 614个基因,按功能分为细胞组分、分子功能与生物学进程三大类57个分支,其中分子功能大类中的结合(70.57%)与催化活性(45.51%)相关基因占比最多;KEGG代谢途径分析表明,7 427条基因参与了5类代谢通路,其中涉及信号转导的基因最多,为815条;筛选到7个候选OBP基因和5个具有全长开放阅读框的CSP基因,其编码蛋白均具有化学感受蛋白家族的典型特征。系统进化分析表明,花椒窄吉丁OBPs和CSPs分别与苹果小吉丁A. mali的OBPs和CSPs氨基酸序列一致性最高。RPKM值表明,嗅觉相关基因AzanOBP1和AzanOBP2在雌成虫触角中不表达,在雄成虫触角中微量表达;AzanOBP3在雄成虫触角中高丰度表达。【结论】首次获得了花椒窄吉丁成虫触角转录组数据,筛选到了花椒窄吉丁OBP, CSP, Or, IR和SNMP等的嗅觉相关基因。推测触角中高丰度表达的OBPs对雄成虫识别同类异性释放的信息素或寄主植物释放的挥发物起关键作用。研究结果可为花椒窄吉丁化学感受基因功能分析及嗅觉感受机制研究奠定分子基础。     

锤胁跷蝽触角转录组分析

为了获得锤胁跷蝽(Yemma signatus Hsiao)触角基因信息,本研究使用Illumina HiSeq TM 4 000高通量测序技术对锤胁跷蝽成虫触角进行转录组测序和生物学信息分析。共获得61 080 938条clean reads,包括9.16 G (GenBank登录号:SRR3348966)。拼接115 491条unigenes,平均长度为578 bp,N50为863 bp。在7大数据库中注释到46 224条unigenes,其中在NR数据库中注释的基因最多,为32 842 (28.43%)条,与内华达古白蚁(Zootermopsis nevadensis)相似度最高(9.0%)。转录组数据分析鉴定出125个与嗅觉相关的基因,其中66个嗅觉受体、11个味觉受体、1个离子型受体、3个感觉神经元膜蛋白、30个气味结合蛋白和14个化学感受蛋白基因。本研究首次获得锤胁跷蝽触角转录组数据,并鉴定出嗅觉相关基因,本研究为今后利用嗅觉基因靶标防治害虫提供了分子生物学信息数据。     

绿豆象触角转录组及嗅觉相关基因的分析

【目的】建立绿豆象Callosobruchus chinensis触角转录组数据库,挖掘绿豆象的基因数据。【方法】采用高通量测序平台(Illumina Hiseq)对绿豆象成虫触角进行转录组测序、序列组装及生物信息学分析。【结果】共获得51.10 Gb的clean data(NCBI SRA数据库登录号:SRP119884)及83 535条unigenes,长度在1 kb以上的unigenes有15 075条,unigenes的N50为1 492 bp。使用BLAST软件将绿豆象触角Unigene序列与公共数据库比对,共注释到22 148条unigenes,其中NR数据库注释的unigenes最多,为18 744条,且与赤拟谷盗Tribolium castaneum的相似基因最多,达39.57%。通过GO数据库注释,将unigenes功能分为细胞组分、分子功能与生物学过程三大类54个分支,其中参与代谢进程以及结合与催化活性的unigenes比例较大。KEGG代谢途径分析表明,9 084条unigenes形成289条代谢通路,其中核糖体代谢通路所含unigene最多,为516条。进一步基因注释分析筛选到140个嗅觉相关基因,包括12个气味结合蛋白(odorant binding protein,OBP)基因,4个化学感受蛋白(chemosensory protein,CSP)基因,116个气味受体(odorant receptor,Or)基因,1个离子型受体(ionotropic receptor,IR)基因和7个感觉神经元膜蛋白(sensory neuron membrane protein,SNMP)基因,并用FPKM值对基因表达量进行评估。【结论】本研究获得了绿豆象触角转录组数据,为进一步研究绿豆象的基因功能分析及嗅觉感受机制奠定分子基础。     

茶谷蛾触角气味结合蛋白基因分析

茶谷蛾(Agriophara rhombata Meyr.)触角上表达的嗅觉相关基因是其交配、寻找食物来源、寻找产卵地、避免有害化合物等行为的重要分子基础。为了研究茶谷蛾触角的嗅觉机制,分析了雌雄蛾触角功能差异,并筛选触角气味结合蛋白基因,本研究采用转录组测序和实时定量PCR技术,对茶谷蛾雌、雄蛾触角的基因表达情况进行了分析,共注释到37 666个基因,其中雌、雄蛾共有的表达基因数目为34 720个,雌蛾特有表达基因有1 739个,雄蛾特有表达基因有1 207个。在雌、雄蛾触角中共鉴定到170个化学感受相关基因,包括33个气味结合蛋白基因(odorant binding protein genes,OBPs), 42个味觉受体基因(gustatory receptor genes,GRs), 12个化学感受蛋白基因(chemosensory protein genes,CSPs), 52个嗅觉受体基因(olfactory receptor genes,ORs), 27个离子型受体基因(ionotropic receptor genes,IRs), 4个感觉神经元膜蛋白基因(sensor...     

黑须污蝇不同发育阶段转录组及嗅觉相关基因分析

【目的】建立黑须污蝇Wohlfahrtia magnifica转录组数据库,挖掘黑须污蝇基因数据,为更深入地研究双峰驼阴道蝇蛆病提供理论依据。【方法】采用高通量测序平台Illumina HiseqTM4000对黑须污蝇幼虫、蛹和成虫进行转录组测序,并进行生物信息学分析。利用黑须污蝇幼虫、蛹和成虫转录组数据,通过基因差异表达分析以及GO功能显著性富集分析的方法筛选出嗅觉相关基因,并通过荧光定量PCR技术对黑须污蝇幼虫、蛹和成虫中OBP99b,OBP56a和OBP99a 3个嗅觉相关基因表达水平进行验证。【结果】结果显示,每个黑须污蝇样本的转录组数据量在4.96 Gb以上,G+C含量在35.35%以上,Q20含量在97%以上。与NCBInr, GO, KEGG, Pfam, Swiss-Prot和eggNOG数据库进行对比,共注释到73 303条unigenes。其中eggNOG数据库注释到的unigenes最多,为35 066条,分布在23个蛋白功能中,其中的翻译修饰、蛋白质周转的unigenes所占比例较大;GO数据库注释到的unigenes数为29 193条,功能包括分子功能、细胞组分、生物学过程三大类50个分支,其中参与生物学过程和氧化还原过程的unigenes比例较大;KEGG数据库注释到的unigenes数为15 068条,其中参与信号转导过程的unigenes比例较大。上述数据表明该转录组测序结果较好,为后续研究奠定了基础。依据黑须污蝇幼虫、蛹、成虫转录组数据筛选到30个嗅觉相关基因,其中包含9个气味结合蛋白(OBP)基因,进一步基因注释发现OBP99b,OBP56a和OBP99a基因在黑须污蝇不同发育阶段表达差异显著(|log2FC|>1,P<0.05),这在荧光定量PCR分析结果中得到了验证。【结论】本研究获得了黑须污蝇幼虫、蛹和成虫转录组数据,筛选出黑须污蝇各发育阶段嗅觉相关基因,并验证了OBP99b,OBP56a和OBP99a基因在黑须污蝇幼虫、蛹和成虫3个发育阶段差异表达,为防治双峰驼阴道蝇蛆病提供了新思路。     

叉角厉蝽对亚洲玉米螟幼虫的捕食功能反应

叉角厉蝽Eocanthecona furcellata是一种在生物防治方面有重要作用和潜力的捕食性天敌昆虫,为探明叉角厉蝽对亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis幼虫的控害潜力,在室内温度26℃±1℃、相对湿度65%±10%、光周期16 L∶8 D条件下,观察了叉角厉蝽4龄、5龄若虫和成虫分别对亚洲玉米螟3龄、4龄幼虫的捕食行为,测定了叉角厉蝽对不同亚洲玉米螟密度下的捕食量、搜寻效应以及自身密度和种间干扰对捕食作用的影响。结果表明,叉角厉蝽对亚洲玉米螟的捕食功能反应符合Holling-Ⅱ功能反应模型,叉角厉蝽3个虫龄对亚洲玉米螟3龄与4龄幼虫的理论最大取食量顺序均为：成虫（30.21头）>5龄若虫（24.69头）>4龄若虫（11.96头）,相同虫龄的叉角厉蝽对亚洲玉米螟3龄幼虫的最大取食量均大于对亚洲玉米螟4龄幼虫的最大取食量。在亚洲玉米螟相同虫龄内,搜寻效应与猎物密度的增加呈负相关。在生存环境和亚洲玉米螟幼虫密度固定的条件下,其平均捕食量和搜寻效应与叉角厉蝽成虫密度的增加呈负相关。叉角厉蝽成虫与亚洲玉米螟幼虫以相同比例增加时,叉角厉蝽成虫种间会产生干扰作用。结果表明了叉角厉蝽对亚洲玉米螟具有较好的控害潜力,为今后高效利用叉角厉蝽田间防治亚洲玉米螟提供了理论依据。     

松树蜂毒腺转录组分析

【目的】构建入侵种松树蜂Sirex noctilio毒腺转录组数据库,筛选并分析松树蜂毒腺基因数据。【方法】采用新一代高通量测序平台Illumina HiSeq^TM 4000对松树蜂雌成虫毒腺进行转录组测序、数据组装和生物信息学分析。【结果】共获得12.7 Gb松树蜂雌成虫毒腺有效转录组数据,并组装到37 098条unigenes,平均长度968 bp,N50长度为2 364 bp。将所得的unigenes数据使用BlastX与各大数据库比对,共注释到13 515条unigenes,并且在NR数据库中注释的unigenes最多,共11 108条(占总数的29.94%),其中相似基因占比最高的物种为丽蝇蛹集金小蜂Nasonia vitripennis,达815条(占总数的7.29%)。在GO数据库中注释到5 726条unigenes,根据功能被分为生物学进程、细胞组分和分子功能3大类63个亚类。KEGG代谢通路分析表明,7 602条unigenes注释到357个代谢通路。根据基因注释信息进一步筛选到43条嗅觉相关基因,包括嗅觉受体(odorant receptor, Or)基因25条、化学感受蛋白(chemosensory protein, CSP)基因10条、离子型受体(ionotropic receptor, IR)基因5条和气味结合蛋白(odorant binding protein, OBP)基因3条。此外,还筛选出11条漆酶基因,包括漆酶1(laccase1, LAC1)基因5条、漆酶2(laccase2, LAC2)基因4条、漆酶4(laccase4, LAC4)基因1条和漆酶9(laccase9, LAC9)基因1条,且其中1条LAC2基因在所有被注释的基因中表达量最高(FPKM值=21 126)。【结论】本研究获得的松树蜂毒腺转录组数据为松树蜂毒液组分的鉴定和生物学功能的研究奠定了一定的理论基础。     

草地贪夜蛾雄性成虫和5龄幼虫的转录组比较分析

【目的】草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda是一种新近入侵我国的重要害虫。本研究旨在对草地贪夜蛾雄性成虫和5龄幼虫两个不同发育阶段的转录组进行比较分析。【方法】利用高通量测序技术对草地贪夜蛾雄性成虫和5龄幼虫进行转录组测序和数据组装,并对转录组数据进行功能注释和比较分析。【结果】经de novo组装共获得209 002条转录本,平均长度为687.55 bp,N50为982 bp。共有46 198条(57.43%) unigene在至少一个数据库中获得功能注释,其中1 713条(2.13%) unigene在所有数据库中均能获得注释。在GO数据库中获得205 269条unigene的注释,主要包括68个功能分类;在KEGG数据库中共有3 408条unigene得到注释,涉及277个代谢通路。共鉴定到424个嗅觉相关的基因,并且在雄性成虫和5龄幼虫之间的表达存在差异。通过比较转录组分析,在雄性成虫中鉴定到9 162个上调和6 399个下调差异表达基因(DEGs);功能富集分析发现在上调DEGs中涉及信息素以及信号转导的代谢通路显著富集,而下调DEGs中涉及解毒相关的通路显著富集。【结论】这些转录组数据为探究草地贪夜蛾的生长发育、嗅觉相关功能基因以及候选分子靶标提供资源信息。