结合三代测序与二代测序技术揭示蜜蜂球囊菌孢子转录组的复杂性

【目的】蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis)是一种专性侵染蜜蜂幼虫的致死性真菌病原。本研究旨在利用PacBio单分子实时(singlemoleculereal-time,SMRT)测序技术对蜜蜂球囊菌孢子(AaS)中基因的可变剪切(alternative splicing,AS)和可变多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)以及长链非编码RNA (long non-coding RNA,lncRNA)进行鉴定和分析,进而揭示蜜蜂球囊菌孢子中转录组的复杂性。【方法】采用Suppa软件对蜜蜂球囊菌孢子中基因的AS事件进行鉴定。通过RT-PCR对不同类型的AS事件进行验证。采用TAPIS pipeline对蜜蜂球囊菌孢子基因的APA位点进行鉴定。利用MEME软件分析孢子全长转录本的poly(A)剪接位点上游50bp的序列特征并鉴定motif。联用CPC和CNCI软件和比对Swiss-prot数据库的方法预测lncRNA,取三者的交集作为高可信度的lncRNA集合。进一步比较lncRNA和mRNA的转录本长度,外显子数量与长度,内含子长度,GC含...     

基于PacBio测序数据的蜜蜂球囊菌转录因子、融合基因及RNA编辑事件的鉴定

【目的】本研究旨在利用已获得的PacBio单分子实时(single molecule real-time, SMRT)测序数据对蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis菌丝(AaM)和孢子(AaS)中的转录因子(TF)、融合基因和RNA编辑事件进行鉴定和分析,以期丰富蜜蜂球囊菌的相关信息,并为进一步探究它们的功能提供理论依据。【方法】利用BLASTx工具将AaM和AaS的全长转录本序列比对到Nr, Swiss-Prot和KEGG数据库以获得一致性最高的蛋白序列,再利用hmmscan软件将上述蛋白序列比对到Plant TFdb数据库以获得TF的分类及注释信息。采用TOFU软件中的fusion_finder.py程序进行融合基因的预测,进而分析融合基因的序列和位置信息。使用SAMtools预测AaM和AaS中的RNA编辑事件,再利用ANNOVAR软件对RNA编辑事件进行注释,进而采用相关生物信息学软件对RNA编辑位点基因进行GO功能和KEGG通路注释。【结果】在AaS中共鉴定到17个TF家族的213个TF,其中C2H2家族包含的TF成员最多。在AaM和AaS中分别鉴定到921和510个融合基因,二者共有的融合基因为510个,特有的融合基因分别为411和0个。在AaM和AaS中分别鉴定到547和191次RNA编辑事件,其中AaM中同义单核苷酸突变的数量最多,AaS中非同义单核苷酸突变的数量最多。此外,在AaM中鉴定到12种碱基替换类型,其中发生C->T的RNA编辑事件数量最多,达到158次;在AaS中鉴定到9种碱基替换类型,其中发生C->T和G->T的RNA编辑事件数量最多,均有42次。AaM和AaS中RNA编辑位点基因分别涉及19和24个GO功能条目;此外还能注释到11和20条KEGG通路。【结论】蜜蜂球囊菌的菌丝和孢子中含有丰富的TF、融合基因和RNA编辑位点;转录因子C2H2家族与蜜蜂球囊菌菌丝和孢子的生长发育和细胞活动具有潜在关联;RNA编辑事件的碱基替换类型在蜜蜂球囊菌和其他物种中具有物种特异性;RNA编辑可能在蜜蜂球囊菌菌丝和孢子的生长和代谢中发挥作用。     

蜜蜂球囊菌菌丝和孢子中毒力因子相关全长转录本的鉴定及分析

[目的]蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis是一种专性侵染蜜蜂幼虫而导致白垩病的致死性真菌病原.基于前期已获得的高质量纳米孔(Nanopore)长读段测序数据,对蜜蜂球囊菌菌丝(AaM)和孢子(AaS)中的毒力因子相关全长转录本进行鉴定和分析,为毒力因子相关剪接异构体的功能研究提供参考信息和基础.[方法]利用BLAST工具,将AaM和AaS中的所有全长转录本比对Nr数据库,以鉴定蜜蜂球囊菌的毒力因子(几丁质酶、脂肪酶、水解酶和蛋白酶)相关的全长转录本.使用minimap2软件,将AaM和AaS中的全长转录本序列与蜜蜂球囊菌参考基因组注释的已知转录本序列进行比对,将比对到参考基因组的全长转录本进行归一化处理,再通过每百万计数法(Counts per million,CPM)计算毒力因子相关全长转录本的表达量.利用百迈克云平台的相关工具绘制转录本的表达量聚类热图.通过IGV浏览器对部分毒力因子相关全长转录本结构进行可视化.[结果]在AaM鉴定到毒力因子相关的367个基因及407个全长转录本,包括12条几丁质酶相关全长转录本,48条脂肪酶相关全长转录本,289条水解酶相关全长转录本,58条蛋白酶相关全长转录本.在AaS鉴定到毒力因子相关367个基因及400个全长转录本,包括14条几丁质酶相关全长转录本,63条脂肪酶相关全长转录本,267条水解酶相关全长转录本,56条蛋白酶相关全长转录本.另外,AaM和AaS特有的毒力因子(几丁质酶、脂肪酶)相关全长转录本分别有0条和17条,共有的毒力因子相关全长转录本有60条.进一步分析发现,蜜蜂球囊菌的部分毒力因子基因可通过可变剪接形成多条剪接异构体.[结论]共鉴定到蜜蜂球囊菌毒力因子(几丁质酶、脂肪酶、水解酶和蛋白酶)相关的367个基因和486条全长转录本;相比于蜜蜂球囊菌参考基因组注释的转录本,绝大多数毒力因子基因对应的全长转录本数量更多且结构更为复杂.研究结果丰富了蜜蜂球囊菌毒力因子相关基因和转录本的注释信息,为毒力因子相关剪接异构体的功能研究提供了基础,也为白垩病防控提供了潜在靶点.     

LncRNA13164通过ace-miR-4968-y调节中华蜜蜂幼虫对蜜蜂球囊菌侵染的免疫应答

【目的】长链非编码RNA (long non-coding RNA,lncRNA)可通过竞争性内源RNA(competing endogenous RNA,ce RNA)等多种方式发挥重要的调控作用,但蜜蜂lncRNA的功能研究至今依然缺失,lncRNA在蜜蜂免疫应答中的作用尚不清楚。本研究旨在揭示中华蜜蜂(Apis cerana cerana,简称中蜂)幼虫响应蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis)侵染的免疫应答中lncRNA的调控功能及作用机制。笔者团队前期通过深度测序和生物信息学分析发现,lncRNA13164与ace-miR-4968存在靶向关系且潜在参与在中蜂幼虫对蜜蜂球囊菌侵染的应答。【方法】利用实时荧光定量PCR (real-time fluorescence quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)检测蜜蜂球囊菌接种后中蜂幼虫肠道内lncRNA13164的表达谱。采用ILoc-Lnc RNA软件预测lncRNA13164的亚细胞定位。联用RNAhybrid、Miranda和Target Scan软件预测lnc...     

基于第三代长读段测序数据解析蜜蜂球囊菌基因的可变剪切与可变腺苷酸化

【目的】蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis,简称球囊菌)是一种专性侵染蜜蜂幼虫的真菌病原,导致的白垩病是严重影响养蜂生产的顽疾,每年给养蜂业造成较大损失。本研究旨在基于已获得的第三代长读段测序数据对球囊菌菌丝(Aam)和孢子(Aas)中基因的可变剪切(alternative splicing,AS)和可变多聚腺苷酸化(alternative polyadenylation,APA)进行深入分析。【方法】利用Astalavista软件鉴定Aam和Aas中基因的AS事件类型。利用IGV浏览器对部分剪切异构体(isoform)的结构进行可视化。通过TAPIS pipeline对Aam和Aas中基因的APA位点进行鉴定。通过MEME软件对Aam和Aas中全长转录本的APA位点上游50bp的序列特征进行分析并对motif进行鉴定。【结果】在Aam中共鉴定到286次AS事件,包括162次RI(Retained intron),87次A3(Alternative 3'splice-site)、32次A5(Alternative 5'splice-site)和5次SE (Skipping exon);在Aas中共鉴定到559次AS事件,包括305次RI、155次A3、85次A5、13次SE和1次MEE (Mutually exclusive exon)。进一步分析发现,现有参考基因组上的多数注释基因结构并不完整;部分注释基因在菌丝和孢子中转录形成的isoform在数量和结构方面均存在差异;部分isoform在参考基因组中没有对应的注释基因。Aam中共鉴定到2748个基因含有1个及以上的APA位点,其中含有1个APA位点的基因数量最多(726,26.42%);Aas中共鉴定到2768个基因含有1个及以上的APA位点,其中含有5个以上APA位点的基因数量最多(1180,42.63%)。部分基因在菌丝和孢子中含有不同的APA位点数。序列特征分析结果显示,球囊菌全长转录本的3'UTR的上下游表现出明显的碱基倾向性,U和A分别富集在3'UTR的上游和下游。此外,在球囊菌全长转录本的APA位点上游鉴定到4个motif,分别是UCUCCU、UCUUCU、CCCACC和CCCCCU。【结论】本研究通过对球囊菌菌丝和孢子中基因的AS和APA进行深入分析,揭示了球囊菌转录组的复杂性,为完善现有的基因组和转录组注释提供了宝贵信息,也为探究AS和APA在球囊菌的基因表达调控中的作用提供了关键基础。     

蜜蜂球囊菌的参考转录组de novo组装及SSR分子标记开发

【目的】通过RNA seq技术对纯培养的蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis孢子和球囊菌侵染的蜜蜂幼虫肠道组织进行测序,de novo组装球囊菌的参考转录组,并对其进行功能与代谢通路注释,进而基于该转录组数据开发球囊菌的SSR分子标记。【方法】首先通过差速离心获得活化的球囊菌孢子,配制含1×107孢子/m L的饲料饲喂4,5和6日龄的意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica幼虫和中华蜜蜂Apis cerana cerana幼虫,通过Illumina Hi SeqTM2500平台同时对上述蜜蜂幼虫肠道及纯化球囊菌孢子进行深度测序,原始数据过滤后通过Trinity软件组装得到unigenes,进而通过BLASTX比对NCBI Nr,Swiss-Prot,KOG和KEGG数据库对unigenes进行功能与代谢通路注释。利用MISA软件对所有unigenes进行SSR搜索,并利用Primer Premier 5软件设计SSR特异性引物,通过PCR对不同来源的球囊菌SSR位点进行扩增。【结果】本研究共获得146 135 308条高质量reads,de novo组装得到42 609个unigenes。BLASTX比对结果显示,29 316个unigenes在上述公共数据库中具有功能和代谢通路注释。注释到法夫酵母Xanthophyllomyces dendrorhous上的unigenes最多,达6 050个。KEGG注释结果显示,unigenes可注释到117个代谢通路,其中富集在核糖体(ribosome)上的unigenes数量最多(529)。所有unigenes中共预测到7 968个SSRs,通过PCR开发出5个球囊菌SSR分子标记。【结论】本研究成功组装球囊菌的参考转录组,并进行了功能与代谢通路注释,可为在分子水平深入研究球囊菌提供重要的参考信息。基于该转录组信息开发的5个SSR分子标记可推动菌株鉴定、基因图谱构建及基因定位等研究。     

环状RNA ame_circ_000115调节蜜蜂球囊菌胁迫下意大利蜜蜂幼虫肠道基因表达

环状RNA (circular RNA, circRNA)是一类新型非编码RNA,已被证实可通过竞争性内源RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)调控网络等多种方式参与调节昆虫基因表达和免疫应答。目前,circRNA在蜜蜂免疫应答中的作用尚不清楚。本研究对意大利蜜蜂(Apis mellifera ligustica,简称意蜂)ame＿circ＿000115(简称ac115)的反向剪切(back splicing,BS)位点进行验证。采用RT-qPCR检测蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis)胁迫下意蜂幼虫肠道内ac115的表达谱,利用双荧光素酶报告基因试验验证ac115与ame-miR-13b的结合关系。通过饲喂特异性siRNA对蜜蜂球囊菌胁迫的意蜂幼虫肠道内ac115进行干扰,进而检测干扰ac115对宿主免疫应答相关的6个基因表达量的影响。结果表明,ac115的BS位点真实存在;相较于未接种组,蜜蜂球囊菌接种组4日龄幼虫肠道内ac115的表达量极显著上调(P<0.000 1),5和6日龄幼虫肠道内ac115显著上调表达(P<0.05)...     

意大利蜜蜂幼虫肠道内球囊菌及其纯培养的高表达基因差异分析

【背景】球囊菌是一种典型的蜜蜂真菌性病原,特异性地侵染蜜蜂幼虫。目前,有关球囊菌在侵染过程中的基因表达规律的信息极为有限。【目的】通过深入分析胁迫意大利蜜蜂(意蜂)幼虫肠道的球囊菌及其纯培养的高表达基因(HEGs)差异,探索球囊菌在胁迫意蜂幼虫肠道后期与胁迫前的基因表达规律。【方法】利用RNA-Seq技术对球囊菌胁迫的意蜂6日龄幼虫肠道(Aam T)及球囊菌纯培养(AaCK)进行深度测序,根据FPKM值筛选得到球囊菌的HEGs,进而通过GO(Gene ontology)及KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)富集分析、Venn分析对上述HEGs进行功能预测和生物学意义挖掘。【结果】AaCK与Aam T的转录组测序共得到105 447 578条原始读段(Raw reads),经过滤得到88 466 344条有效读段(Clean reads),两端平均Q20为97.50%,平均Q30为93.81%。GO富集分析结果显示,AaCK的HEGs富集于26个GO terms,基因富集数最多的是细胞(22 Unigenes),其次是细胞组件(22 Unigenes)和代谢过程(21 Unigenes);Aam T的HEGs富集于22个GO terms,基因富集数最多的是催化活性(23 Unigenes),其次是细胞进程(18 Unigenes)和代谢过程(18 Unigenes)。KEGG代谢通路(Pathway)富集分析显示,AaCK的HEGs富集在109个Pathways上,基因富集数最多的是核糖体(179 Unigenes),其次是氨基酸生物合成(70Unigenes)和碳代谢(62 Unigenes);Aam T的HEGs富集在114个Pathways上,基因富集数量最多的是核糖体(178 Unigenes),其次是碳代谢(116 Unigenes)和氧化磷酸化(112 Unigenes)。Venn分析结果显示,AaCK与Aam T共有的HEGs有260个,二者特有的HEGs分别为2 161个和4 445个。【结论】提供了胁迫意蜂6日龄幼虫肠道的球囊菌及其纯培养的HEGs表达谱,揭示了球囊菌在胁迫前和胁迫后期的基因表达规律,也为阐明球囊菌致病的分子机理提供了有益的信息和线索。     

西方蜜蜂几丁质合成酶基因的生物信息学分析及功能研究

【目的】本研究旨在明确西方蜜蜂Apis mellifera几丁质合成酶(chitin synthase, CHS)基因的分子特性，并揭示CHS在西方蜜蜂工蜂幼虫响应蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis胁迫的免疫应答中的功能。【方法】利用相关生物信息学软件预测和分析西方蜜蜂CHS蛋白的分子特性、保守基序和结构域。使用MEGA X软件对西方蜜蜂和其他昆虫CHSs的氨基酸序列进行系统进化分析。采用体外转录法合成CHS和egfp的dsRNA,饲喂蜜蜂球囊菌胁迫的西方蜜蜂工蜂3日龄幼虫以进行RNAi,并利用RT-qPCR检测西方蜜蜂工蜂5日龄幼虫肠道中CHS及宿主响应蜜蜂球囊菌侵染的免疫相关基因abaecin,apidaecin,birc5,defensin-1和PGRP-S2的表达量。【结果】西方蜜蜂CHS蛋白含有1 572个氨基酸，属于20种氨基酸，其中正电荷氨基酸与负电荷氨基酸分别为177和169个，分子量约为178.77 kD,等电点为6.65;含纤维素合酶CESA3催化结构域。在西方蜜蜂和东方蜜蜂A.cerana等共13种昆虫的CHSs中均鉴定到3个Motif (Motif 1,...     

影响蜜蜂球囊菌侵染蜜蜂幼虫的因素及侵染过程观察

为探究蜜蜂球囊菌Ascosphaera apis只侵染封盖前后蜜蜂幼虫的原因及相关侵染机制, 本研究利用实验室饲养的意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica幼虫, 给其接种球囊菌孢子, 探究不同接种量（0, 1.0×10², 1.0×10³, 1.0×10⁴, 1.0×10⁵ 和1.0×10⁶ 孢子/mL）、 接种时期（3, 4, 5和6龄幼虫）以及28℃低温处理6 h对蜜蜂球囊菌侵染的影响。同时对处于不同侵染阶段的蜜蜂幼虫做病理学切片, 探究球囊菌侵染的过程。结果显示： 球囊菌孢子接种量与蜜蜂的发病率密切相关（r=0.9883）, 蜜蜂幼虫对低于1.0×10³孢子/mL的侵染有抗性, 与不接孢子的对照组差异不显著（P>0.05）。蜜蜂不同龄期接种发病率的差异是因不同龄幼虫食量不同导致的摄入孢子剂量的不同引起的, 28℃低温处理能够显著提高处于幼虫到蛹转化期蜜蜂的发病率（P<0.05）, 而对取食阶段的蜜蜂幼虫没有影响。病理学研究表明, 在整个幼虫期, 摄入的孢子因中肠没有氧气不生长, 对幼虫没有致病性, 幼虫的取食和发育过程正常, 至幼虫期结束进入蛹期后, 蜜蜂的中后肠接通, 摄入的孢子伴随蜜蜂的蛹便进入后肠并在此迅速萌发生长, 在1~2 d内菌丝即突破体表, 导致蜜蜂死亡。蜜蜂球囊菌选择营养物质储存最多而防御能力较低的幼虫到蛹转化期侵染, 降低了侵染成本, 提高成功率。该研究阐明了蜜蜂球囊菌侵染蜜蜂的机制, 丰富了昆虫与病原菌之间相互作用的内容。     

意大利蜜蜂幼虫肠道响应球囊菌早期胁迫的转录组学分析

【目的】球囊菌特异性地侵染蜜蜂幼虫而导致白垩病,该病造成成年蜜蜂数量的大幅下降,从而严重影响蜂蜜等产品的产量。目前,尚无利用二代测序技术研究白垩病的报道。本研究利用RNA-seq技术对正常及球囊菌胁迫后的意大利蜜蜂4日龄幼虫肠道进行深度测序,为解析宿主响应球囊菌胁迫的应答机制提供了重要的参考信息。【方法】利用Illumina Hiseq2500平台对对照组(AmCK)和处理组(AmT)幼虫肠道进行双端(PE125)测序;利用Perl脚本进行下机数据过滤;利用R软件进行测序饱和度分析、计算各样品之间的相关性系数;利用SOAP aligner/soap2软件将未比对上核糖体的读段(Reads)比对到意大利蜜蜂参考基因组;基于GO数据库和KEGG数据库进行GO分类和KEGG代谢通路(Pathway)富集分析。【结果】RNA-seq共得到181 096 194条原始读段(Raw reads),经过滤得到179078764条有效读段(Clean reads)。差异表达基因(DEGs)分析结果显示上调与下调基因的数量分别为4和20个。DEG的基因本体论(Gene ontology,GO)分析结果显示,这些DEGs分布于10个GO分类,除归入结合(Binding)的基因和催化活性(Catalytic activity)的部分基因外,绝大多数GO分类上的基因均表现为下调。DEGs的KEGG代谢通路分析结果显示各有1个DEG分别富集在核糖体和氧化磷酸化且均下调表达。【结论】本研究揭示了意大利蜜蜂幼虫肠道在球囊菌入侵早期的胁迫应答,为解析宿主响应球囊菌胁迫的应答机制奠定了基础。     

侵染中华蜜蜂6日龄幼虫的蜜蜂球囊菌的微小RNA差异表达谱及调控网络

【目的】蜜蜂球囊菌(Ascosphaeraapis,简称球囊菌)是专性侵染蜜蜂幼虫的致死性真菌病原。MicroRNA(miRNA)作为一类重要的基因表达调控因子,能够广泛参与真菌及其宿主的相互作用过程。本研究通过比较分析球囊菌孢子(AaCK)和侵染中华蜜蜂(Apis cerana cerana,简称中蜂) 6日龄幼虫肠道内的球囊菌(AaT)的smallRNA(sRNA)组学数据对球囊菌的差异表达miRNA(differentiallyexpressed miRNA,DEmiRNA)、靶mRNA及二者间的调控网络进行全面解析,旨在揭示miRNA介导的球囊菌对中蜂幼虫的侵染机制。【方法】对于球囊菌侵染的中蜂6日龄幼虫肠道的small RNA-seq (sRNA-seq)数据,利用BLAST工具连续比对东方蜜蜂(Apiscerana)和球囊菌的参考基因组筛滤得到AaT的sRNA组学数据。分别将AaCK和AaT的sRNA组学数据比对miRBase数据库,对球囊菌侵染宿主前后miRNA的数量和结构特征进行分析。联用RNAhybrid+svm_light、Miranda和TargetScan软件预测AaCK vs AaT比较组中DEmiRNA的靶mRNA,进而利用相关生物信息学软件对上述靶mRNA进行GO分类和KEGG代谢通路富集分析。通过Cytoscape软件对DEmiRNA-mRNA调控网络进行可视化。利用Stem-loop RT-PCR、RT-qPCR和分子克隆验证测序结果的可靠性。【结果】在AaCK和AaT中分别鉴定到380和387个miRNA。结构特征分析结果显示,AaCK和AaT的mi RNA皆集中分布在18–25 nt,且首位碱基主要偏向于U。AaCKvsAaT比较组共有270个DEmiRNA,包含155个上调miRNA和115个下调miRNA,分别靶向结合6091和6145个mRNA。GO分类结果显示,上述靶mRNA主要涉及代谢进程、细胞进程、应激反应等15个生物学进程;细胞、细胞组分、细胞器等12个细胞组分;催化活性、结合、转运子活性等11个分子功能。KEGG代谢通路富集分析结果显示,上述靶mRNA富集在123条代谢通路,参与对氨基酸代谢、碳水化合物代谢以及核苷酸代谢等物质代谢,氧化磷酸化、硫代谢、氮代谢等能量代谢,以及MAPK和Hippo等信号通路的调控。球囊菌DEmiRNA与靶mRNA之间存在复杂的调控关系,其中miR-29-x、miR-250-x、miR-4968-y、miR-11200-x、novel-m0023-5p、novel-m0130-5p和novel-m0135-5p等DEmiRNA可靶向结合与球囊菌的半胱氨酸蛋白酶、DNA甲基化转移酶以及几丁质酶相关的mRNA;此外,miR-7-x、miR-9-z、miR-319-y和miR-5951-y等同时参与调控MAPK信号通路;进一步分析发现,miR-250-x同时参与对DNA甲基化转移酶、MAPK信号通路及其他酶类合成与代谢途径的调控,并可能参与球囊菌与中蜂6日龄幼虫之间的跨界调控。通过Stem-loopRT-PCR和RT-qPCR验证了4个DEmiRNA的差异表达,并利用分子克隆和Sanger测序证实miR-7-x的序列与测序结果一致。【结论】本研究解析了侵染中蜂6日龄幼虫的球囊菌的miRNA差异表达谱及DEmiRNA的调控网络,揭示了球囊菌DEmiRNA可能通过调控病原的物质和能量代谢、增殖、毒力、信号通路及相关mRNA参与对中蜂幼虫的侵染过程。miR-7-x、miR-250-x、novel-m0023-5p等关键DEmiRNA有望作为白垩病治疗的新型分子靶点。     

蜜蜂抗白垩病机制的研究进展

蜜蜂白垩病(chalkbrood disease)是由蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis)引起的蜜蜂幼虫死亡的真菌性疾病,该病已蔓延至世界各地并且发生率仍在上升。因此,抗白垩病机制的研究和抗白垩病蜂种的培育显得十分紧迫,而掌握蜜蜂抗白垩病的机制是成功培育抗白垩病蜂种的前提条件。本文综述了国内外白垩病研究和蜜蜂抗白垩病机制研究的最新进展,尤其对从分子水平研究蜜蜂的抗白垩病机制的重大意义进行了阐述,为利用分子遗传标记辅助选育和生物工程技术并结合传统的育种手段培育具有抗白垩病性能的优良蜜蜂品种(系)奠定基础。     

球囊菌胁迫中华蜜蜂幼虫肠道过程中病原的转录组学研究

【目的】本研究利用RNA-seq技术对球囊菌胁迫的中华蜜蜂(中蜂)幼虫肠道进行深度测序,经趋势分析得到差异表达基因(DEGs)的显著表达模式,进而对胁迫过程中的球囊菌进行转录组学分析。【方法】利用Illumina HiSeq 2500平台对球囊菌胁迫的中蜂幼虫肠道进行深度测序,并利用相关软件进行了深入分析。最后,通过RT-qPCR对RNA-seq数据进行了验证。【结果】本研究共得到球囊菌的41133932条高质量clean reads。22865个DEGs共聚类为8个基因表达模式,其中,16769个DEGs聚类为2个显著上调趋势与2个显著下调趋势。GO富集分析结果显示,显著上调与显著下调趋势中的DEGs分别富集于40与37个GO term,基因富集数最多的为细胞进程(2486 unigenes)。KEGG代谢通路(pathway)富集分析结果显示,显著上调与显著下调趋势中的DEGs分别富集于119和112个pathway,基因富集数最多的分别是氨基酸生物合成(127 unigenes)与核糖体(98 unigenes)。进一步分析表明球囊菌在胁迫中蜂幼虫肠道的过程中通过提高物质合成促进其增殖,而宿主通过抑制球囊菌的蛋白合成抵御病原入侵。富集在MAPK信号通路的11个DEGs的表达水平随着胁迫时间的延长而逐渐下降,推测中蜂幼虫通过抑制该通路而阻遏球囊菌增殖。【结论】本研究不仅为揭示白垩病过程中的球囊菌-中蜂幼虫互作提供了重要信息,也为阐明不同抗性蜂种的球囊菌抗性差异奠定了基础。     

中华蜜蜂6日龄幼虫肠道响应球囊菌胁迫的差异表达基因分析

蜜蜂球囊菌特异性侵染蜜蜂幼虫而导致白垩病,严重危害养蜂生产。本研究利用RNA-seq技术对健康及球囊菌胁迫的中蜂幼虫肠道进行深度测序,进而对宿主的差异表达基因进行深入分析。本研究中,幼虫肠道样品的RNA-seq共得到191167730条原始读段(raw reads),经过滤得到186284296条有效读段(clean reads),差异表达基因(DEG)分析结果显示上调与下调基因的数量分别为4513和385个。Gene ontology(GO)富集分析结果显示,上调基因富集在45个GO条目(term),富集基因数最多的是细胞进程、代谢进程及催化活性,下调基因富集在32个GO term,富集基因数最多的是代谢进程、单组织进程及催化活性,KEGG代谢通路(pathway)富集分析结果显示上调基因富集在193个pathway,其中富集基因数最多的是核糖体、氨基酸的合成、碳代谢。下调基因富集在59个pathway,其中富集基因数最多的是甘氨酸、碳代谢以及二羧酸代谢。深入分析发现宿主的细胞免疫被显著激活,体液免疫中的Toll-like与Jak-STAT信号通路也被球囊菌所激活。研究结果为揭示中蜂幼虫在球囊菌入侵后期的胁迫应答机制提供了重要的信息,也为解析中蜂幼虫的球囊菌抗性机制奠定了基础。     

新疆3种甘草根际土壤丛枝菌根真菌群落的多样性分析

为探究新疆地区药用甘草根际土壤丛枝菌根真菌的群落结构受宿主植物种类、土壤深度和土壤理化性质的影响,该实验采集了新疆地区乌拉尔甘草、胀果甘草、光果甘草根际0～20 cm、 20～40 cm、 40～60 cm 3个土层的土壤样品,基于Illumina Miseq高通量测序平台测定AM真菌群落结构和多样性,结合土壤理化性质,分析新疆地区药用甘草根际土壤丛枝菌根真菌与土壤因子之间的关系,以明确丛枝菌根真菌在提高栽培甘草的有效成分含量等方面的作用。结果表明:(1)实验共分离到1门1纲5目5科5属34种AM真菌,球囊菌门(Glomeromycota)为绝对优势门,优势属为球囊霉属(Glomus)和类球囊霉属(Paraglomus)。(2)类球囊霉属内的各种之间呈正相关关系,球囊霉属内的各种之间也多呈正相关关系,而类球囊霉属与球囊霉属属间各种多呈负相关关系。(3)主坐标PCOA分析显示,3种甘草之间的AM真菌群落完全分开,同种甘草在不同土壤深度之间有部分重叠;相关性热图显示,球囊霉属与土壤总磷呈极显著正相关关系(P0.01),与土壤总钾(P0.001)、土壤有机质含量(P0.01)均呈极显著负相关关系;类球囊霉属与土壤总磷(P0.05)呈显著负相关关系,与土壤总钾(P0.001)、土壤总盐(P0.01)、土壤有机质含量(P0.01)均呈极显著正相关关系。研究认为,3种甘草的种间差异较为明显,2个优势属的属内处于互利共生关系,而属间处于竞争关系;土壤有机质对2个优势属具有一定影响;类球囊霉对盐的耐受性较强且多发现于胀果甘草土壤中,胀果甘草的耐盐碱能力强可能与其有关。     

中华蜜蜂6日龄幼虫响应蜜蜂球囊菌胁迫的环状RNA应答

【目的】蜜蜂球囊菌(Ascosphaera apis,简称球囊菌)专性侵染蜜蜂幼虫而导致白垩病,危害蜜蜂健康和养蜂生产。本研究旨在探究中华蜜蜂(Apis cerana cerana,简称中蜂) 6日龄幼虫响应球囊菌胁迫的环状RNA(circular RNA,circRNA)差异表达谱及差异表达circRNA (differentially expressed circRNA,DEcircRNA)在宿主胁迫应答中的潜在功能。【方法】利用去除线性RNA的circRNA-seq技术对正常和球囊菌侵染的中蜂6日龄幼虫肠道(AcCK和AcT)进行测序。利用find_circ软件鉴定circRNA,统计circRNA的长度和环化类型。根据|log_2(Fold change)|≥1和P≤0.05的标准筛选DEcircRNA。将DEcircRNA的来源基因比对Gene ontology (GO)数据库和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes (KEGG)数据库,从而获得功能及通路(pathway)注释。随机挑选3个DEcircRNA进行RT-qPCR验证。【结果】AcCK和AcT的circRNA-seq分别得到76342570和68269362条原始读段(raw reads),经严格质控得到74524108和66974392条有效读段(clean reads),Q30分别为92.75%和94%,GC含量分别为54.31%和54.90%。比对上东方蜜蜂(Apis cerana)参考基因组的短序列读段(anchor reads)共计23648400条。AcCK和AcT中分别鉴定到805和702个circRNA,长度均介于201–1000 nt,数量最多的环化类型均为已注释外显子circRNA,但分布在不同长度、不同环化类型的circRNA数量存在差异。AcCK vs AcT比较组共有494个DEcircRNA,包括257个上调circRNA和237个下调circRNA;上调和下调幅度最大的circRNA分别为novel_circ_000123和novel_circ_000726。上述DEcircRNA的来源基因可注释到11条生物学进程相关条目,9条分子功能相关条目,9条细胞组分相关条目,以及73条通路。进一步分析发现,部分DEcircRNA的来源基因注释到7条细胞免疫通路和3条体液免疫通路。【结论】中蜂6日龄幼虫响应球囊菌胁迫的过程中可能通过改变分布在不同长度和环化类型的circRNA数量,以及特异性表达一些circRNA和调节部分circRNA的表达量对病原产生应答;novel_circ_000027、novel_circ_000127、novel_circ_000312等DEcircRNA在宿主的胁迫应答过程中可能通过调控氧化磷酸化、细胞和体液免疫等通路发挥特殊作用。研究结果为深入理解中蜂幼虫对球囊菌的胁迫应答机制及二者的相互作用机制提供了新见解。     

用于蜜蜂和熊蜂肠道微生物分类的细菌16S rRNA数据库优化

蜜蜂和熊蜂是重要的传粉昆虫, 对农业生产及生态平衡的维持具有重要作用。近年来, 研究发现蜜蜂及熊蜂肠道内含有大量微生物, 其组成简单、特异。正常的肠道微生物群落对蜜蜂的生长、激素调节、致病菌抵抗等具有重要作用。随着高通量测序的发展, 研究者们也可快速获得传粉蜂肠道微生物组成, 这给生物多样性和物种保护及蜂类健康等的研究带来了便捷。但是由于蜜蜂和熊蜂肠道微生物群落均由特殊菌种组成, 目前的细菌16S rRNA数据库无法对其进行准确的分类, 并且部分东方蜜蜂(Apis cerana)特有的肠道微生物菌种缺乏16S rRNA序列信息。本文从来源于5个不同省份的东方蜜蜂肠道中分离得到在东方蜜蜂中普遍含有的Apibacter菌属纯菌, 获取其全长16S rRNA序列, 并对目前蜜蜂和熊蜂肠道的5个核心菌种的分类进行了综述, 对其分类和命名进行了修正。根据蜜蜂肠道微生物的明确分类, 在目前常用的SILVA细菌分类数据库基础之上对其进行了命名及分类优化, 并加入东方蜜蜂中普遍含有的Apibacter序列, 从而获得了优化数据库Bee Gut Microbiota-Database (BGM-Db)。通过1组东方蜜峰及1组西方蜜蜂(Apis mellifera)的肠道菌群高通量测序结果, 分析不同数据库的表现, 我们发现相比于SILVA和Ribosomal Database Project (RDP), BGM-Db对蜜蜂肠道16S rRNA高通量测序短序列实现了菌种级别的分类, 分辨率更高。     

球囊菌侵染对意大利蜜蜂幼虫肠道免疫与解毒相关基因表达及蛋白质、脂质和糖类含量的影响

【目的】球囊菌Ascosphaera apis是一种真菌性病原体,可以侵染意大利蜜蜂Apis mellifera ligustica幼虫,导致蜂群患白垩病。本研究通过球囊菌侵染意大利蜜蜂幼虫,探究对意大利蜜蜂幼虫肠道免疫解毒相关基因表达及蛋白质、脂质和糖类含量的影响,分析球囊菌侵染胁迫下意大利蜜蜂免疫应答反应与营养物质的关系。【方法】实验室饲养意大利蜜蜂幼虫,处理组每头3日龄幼虫接种2×10⁶孢子/mL球囊菌,对照组饲喂正常食物;收集6日龄幼虫肠道样品。通过qRT-PCR测定收集的肠道样品中免疫、解毒、发育相关基因和病原基因的表达,并利用生化方法测定肠道样品中蛋白质、脂质、葡萄糖和糖原含量。【结果】球囊菌侵染意大利蜜蜂后,幼虫肠道免疫相关基因LOC406144, Apid1, Def1, Def2, LOC406142, PGRP-SA, Pgrp-s2, PGRP-S3, PGRP-lc, GNBP-1, GNBP3, PPOact, LOC552247, domeless, KAT2A和bsk显著上调表达,cactus显著下调表达;解毒相关基因Cat, GSTS3, Cyp4g11, LOC725294, Ampka-r1, LOC411223, LOC409791, AmNOS和Sod2显著上调表达,CYP6AS14, CPR14, CYP306A1和LOC100576555显著下调表达;发育相关基因usp显著上调表达,VGMC, HEX70b和Vg显著下调表达;病原基因BQCV capsid protein和Ascosphaera apis 28S rRNA表达量显著上升;蛋白质与脂质含量显著下降,葡萄糖与糖原含量显著上升。【结论】球囊菌侵染意大利蜜蜂幼虫后影响其幼虫肠道中免疫、解毒、发育相关基因和病原基因的表达,影响意大利蜜蜂的免疫应答及能量应激反应,加速蛋白质、脂质的流失及葡萄糖和糖原能量储备,影响机体正常的生理活动。