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。     

叉角厉蝽触角转录组及嗅觉相关基因分析

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,触角是昆虫进行信息交换的重要器官,而嗅觉相关基因则是调控天敌昆虫捕食行为的重要分子基础。为获得叉角厉蝽触角转录组数据库,挖掘叉角厉蝽嗅觉相关基因,本研究利用Illumina高通量测序平台对叉角厉蝽雌雄成虫与5龄若虫触角进行转录组测序。成功构建了叉角厉蝽触角转录组,获得了67 843条unigenes,N50长度为2 300 bp。与七大公共数据库比对注释到27 686条unigenes,其中NR数据库注释最多(33.33%),且与茶翅蝽Halyomorpha halys相似度最高(64.20%)。14 258条注释到GO数据库中,分为生物过程、细胞组分和分子功能3个大类42个亚类;KEGG代谢途径分析表明,7 703条形成282条代谢通路,其中被注释在信号传导通路中的unigenes最多(11.50%)。进一步基因注释分析,鉴定得到134个候选嗅觉相关基因,32个化学感应蛋白基因(Chemosensory protein genes,CSP),10个气味结合蛋白基因(Odorant binding protein genes,OBP),21个气味受体基因(Gustatory receptor genes,GR),48个嗅觉受体基因(Olfactory receptor genes,OR),17个离子型受体基因(Ionotropic receptor genes,IR),6个感觉神经元膜蛋白基因(Sensory neuron membrane protein genes,SNMP)。通过比较叉角厉蝽5龄若虫、雌雄成虫触角转录组,共筛选出7 324个差异表达基因,分析发现5龄若虫与成虫间的差异表达基因较多,雌雄成虫之间差异表达基因较少;利用FPKM值对OBP与CSP基因进行表达量分析发现,大部分OBP与CSP的表达量在雌雄间差异不大,而若虫与成虫相比基因表达量差异较大,除少部分基因在5龄若虫中高表达外,其余大部分基因均在雌雄成虫间高表达。本研究获得了叉角厉蝽触角转录组数据,并鉴定出候选嗅觉相关基因,结果为进一步研究叉角厉蝽的嗅觉感受机制及昆虫化学生态奠定分子基础。     

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。     

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。     

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。     

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...     

绿豆象气味结合蛋白基因的克隆及表达分析

【目的】对绿豆象Callosobruchus chinensis气味结合蛋白(odorant binding proteins, OBPs)基因进行克隆、鉴定和组织表达分析,为研究OBPs在绿豆象嗅觉感受过程中的功能奠定基础。【方法】基于绿豆象触角转录组数据,通过RT-PCR克隆绿豆象6个OBP基因并进行生物信息学分析;通过qRT-PCR分析OBP基因在绿豆象雌雄成虫头(不含触角)、触角、腹、足和翅各组织中的表达情况。【结果】获得了6个绿豆象OBP基因的开放阅读框,命名为CchiOBP1-CchiOBP6(GenBank登录号: MN832700-MN832703, MN901841-MN901842);CchiOBP5为一段C端不完整的Minus-C OBP,其余均属于完整的Classical OBPs,预测6个CchiOBPs均含有信号肽。系统发育分析表明CchiOBP1, CchiOBP2和CchiOBP5与叶甲科(Chrysomelidae)昆虫OBPs的亲缘关系较近,CchiOBP3, CchiOBP4和CchiOBP6与天牛科(Cerambycidae)昆虫OBPs的亲缘关系较近。qRT-PCR结果表明,6个CchiOBPs基因在绿豆象成虫的触角、头(不含触角)、腹、翅和足部均有不同的表达量,CchiOBP1-4和CchiOBP6在雌雄成虫触角中均呈现高表达,且极显著高于在其他组织中的。CchiOBP5在雌成虫触角和头部(不含触角)中呈现高表达,但在雄成虫中表现为在足部的表达量显著高于在其他组织中的,在触角中的表达量最低。【结论】确定了绿豆象6个CchiOBPs基因的核苷酸和氨基酸序列组成,其中有5个CchiOBPs基因在绿豆象雌雄成虫触角中高表达,推测其在绿豆象嗅觉识别寄主植物过程中发挥重要作用。     

RNAi介导的HvCDA1基因沉默影响茄二十八星瓢虫存活和发育

【目的】茄二十八星瓢虫Henosepilachna vigintioctopunctata是茄科(Solanaceae)植物上的重要害虫。昆虫体内几丁质脱乙酰酶1(chitin deacetylase 1, CDA1)催化N-乙酰氨基-D-葡萄糖胺脱去乙酰基,促使几丁质转化为壳聚糖,控制昆虫体内几丁质纤维有序堆积,并维持角质层结构的完整性。抑制虫体中CDA1基因的表达会抑制壳聚糖的合成,影响昆虫表皮结构的形成,使昆虫不能正常发育而亡。【方法】利用RT-qPCR方法测定HvCDA1基因在茄二十八星瓢虫不同发育阶段(卵、1-4龄幼虫和预蛹)和4龄幼虫不同组织(表皮、脂肪体、中肠和马氏管)中的表达模式。通过饲喂茄二十八星瓢虫1龄幼虫不同浓度dsHvCDA1溶液浸泡处理1 min的茄子叶片后及直接饲喂4龄幼虫不同浓度dsHvCDA1溶液,探究沉默茄二十八星瓢虫HvCDA1基因对其幼虫存活和发育以及HvCDA1基因表达量的影响。【结果】发育表达谱结果表明,HvCDA1在茄二十八星瓢虫的各发育阶段均有表达,但在1龄末和2龄末幼虫中的表达量最高。组织表达谱结果显示,在茄二十八星瓢虫4龄幼虫的表皮中H...     

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。     

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。     

花椒窄吉丁转录组及化学感受相关基因的分析

【目的】建立花椒窄吉丁 Agrilus zanthoxylumi 转录组数据库,挖掘其基因组数据。【方法】采用高通量测序平台Illumina NovaSeq6000对花椒窄吉丁成虫不同组织(触角、头、胸、腹、足、翅)进行转录组测序、序列组装,使用BLAST软件将花椒窄吉丁unigenes序列与公共数据库进行比对,BLAST同源性搜索的方法从中筛选出与其化学感受相关的基因,并与其他已研究发表的鞘翅目昆虫化学感受相关基因的核酸序列比对,进行系统发育分析。利用RPKM值对这些基因在花椒窄吉丁成虫不同组织中的表达量进行分析。【结果】经测序及序列拼接后共得到80 320条unigenes和 169 398 条contigs,其G+C比例分别是37.63%和39.18%,平均长度分别为828.75和1 084.33 bp;unigenes长度主要分布在200~400 bp的共有37 374条,占全部unigenes的46.53%。在NR数据库中注释的与花椒窄吉丁转录组相似基因所属物种分布为赤拟谷盗 Tribolium castaneum 所占比例26.80%,其后依次是小家鼠 Mus musculus (13.87%),蛀犀金龟 Oryctes borbonicus (5.26%),山松甲虫 Dendroctonus ponderosae (4.10%),黑蚁 Lasius niger (2.36%),其他物种所占比例是47.61%。在GO数据库中比对到27 488个unigenes,可分为分子功能、细胞组分和生物学进程三大类共59个过程;利用KOG数据库功能注释分为25类,注释到unigenes 最多功能类别的是普通功能,共 4 666个,最少的是与细胞移动相关,共40个;将80 320个unigenes映射到KEGG数据库中,21 104条unigens注释到代谢通路35个,占26.27%,注释最多的代谢途径是转录途径,共涉及到2 037条unigenes。从NR数据库中共注释到8个气味受体(odorant receptor, OR)基因、7个离子型受体(ionotropic receptor, IR)基因和6个味觉受体(gustatory receptor, GR)基因,各组织中的基因表达量分析发现,这3类化学感受相关基因在成虫触角中的表达量显著高于其他组织中的表达量,雌、雄触角中表达量差异最显著的为 AzanOR 1,而在雌、雄成虫足中这3类化学感受相关基因表达量没有差异。【结论】本研究首次获得了花椒窄吉丁转录组数据,为进一步研究花椒窄吉丁的基因功能奠定了分子基础。     

亚洲小车蝗触角转录组及化学感受蛋白基因表达谱分析(英文)

【目的】化学感受蛋白(chemosensory proteins, CSPs)是一类小分子的可溶性蛋白,在昆虫中发挥多种作用。本研究旨在组装中国北方主要草原害虫之一——亚洲小车蝗Oedaleus asiaticus的触角转录组,鉴定出化学感受蛋白基因以及分析其在成虫不同组织中的表达水平。【方法】利用RNA-s eq 亚洲小车蝗成虫触角进行转录组测序和组装;通过筛选转录组数据库、克隆及测序,鉴定出化学感受蛋白基因;应用qPCR分析CSP基因在成虫不同组织(触角、去除触角和口器的头、上唇、去掉下唇须的下唇、下唇须、下颚须、胸部、跗节、翅和腹部)中的表达模式。【结果】成功构建了亚洲小车蝗成虫触角转录组,共获得61 629个unigenes,平均长度为733 nt,总长度和N50分别为45 175 449和1 130 nt。其中26 064个unigenes(42.29％)注释到6个数据库(NR, NT, Swiss-Prot, KEGG, COG和GO)。通过Blast验证、克隆和测序鉴定出17个CSP基因;BlastP和系统发育分析表明亚洲小车蝗CSPs(OasiCSPs)与东亚飞蝗Locusta migratoria CSPs(LmigCSPs)和沙漠蝗Schistocerca gregaria CSPs(SgreCSPs)关系最密切。qPCR分析表明,8个CSP基因在成虫不同组织中的表达水平存在显着差异,特别是,OasiCSP8在下唇须和下颚须中高表达,而OasiCSP11和OasiCSP13在触角中表达量最高。OasiCSP15在化学感受器官(触角、上唇、去掉下唇须的下唇、下唇须、下颚须和跗节)中的表达量远高于非化学感受器官(去掉触角和口器的头部、胸部、翅和腹部)中的表达量,而OasiCSP12在几乎所有测定的组织中具有相似的表达分布。【结论】OasiCSPs在亚洲小车蝗化学感受和发育过程中可能起着多种作用,这些结果为进一步研究这些化学感受蛋白在亚洲小车蝗中的功能奠定了基础。