茶足柄瘤蚜茧蜂蛹滞育过程中胰岛素信号通路及其相关途径的初探

本实验通过探索胰岛素信号通路及其相关途径对茶足柄瘤蚜茧蜂蛹滞育的影响,从而方便寻找胰岛素替代物,为害虫防治提供新思路。利用RNA-Seq,对滞育组与非滞育组的茶足柄瘤蚜茧蜂进行转录组测序,结合生物信息学方法对转录组中胰岛素信号通路及其相关途径的差异表达基因进行了分析。与胰岛素信号通路相关差异表达基因共31个,重点分析的PI3K-Akt, FoxO, MAPK三条途径,差异表达基因分别为55, 21和28个。这些滞育关联基因呈现不同程度的上调或下调表达,发现Sos, FASN, TSC1, PRKAB等基因与茶足柄瘤蚜茧蜂滞育密切相关,共同影响茶足柄瘤蚜茧蜂的滞育。胰岛素信号通路及其相关途径对茶足柄瘤蚜茧蜂的滞育起着非常重要的作用,主要体现在影响虫体能量代谢、脂质积累、细胞增殖等方面。     

茶足柄瘤蚜茧蜂滞育和非滞育蛹中与能量代谢相关的差异表达蛋白

【目的】本研究旨在从蛋白质组整体层面阐明茶足柄瘤蚜茧蜂Lysiphlebus testaceipes蛹滞育背后的多蛋白调控,重点筛选与能量代谢相关的滞育关联蛋白并分析其功能,有助于更好地理解茶足柄瘤蚜茧蜂蛹滞育的代谢机制。【方法】利用同位素标记相对和绝对定量(isobaric tags for relative and absolute quantification, iTRAQ)技术比较了茶足柄瘤蚜茧蜂滞育蛹与非滞育蛹的蛋白含量;利用GO, KEGG网络数据库等生物信息学方法分析鉴定茶足柄瘤蚜茧蜂滞育蛹与非滞育蛹中差异表达蛋白(differentially expressed proteins, DEPs)。【结果】分析得到茶足柄瘤蚜茧蜂滞蛹与非滞育蛹DEPs有135个,包括滞育蛹中上调表达蛋白有38个,下调表达蛋白有97个。GO和KEGG富集分析表明,与天冬氨酸转运、L-谷氨酸转运、胆碱脱氢酶活性和胆碱生物合成甘氨酸甜菜碱条目以及氧化磷酸化通路相关的蛋白上调表达。【结论】氧化磷酸化通路相关蛋白在茶足柄瘤蚜茧蜂滞育过程中呈显著上调表达,说明能量代谢与该蜂滞育密切相关,并推测氧化磷酸化过程除为滞育蛹提供维持生命基本活动的主要能量外,还提供热能。     

茶足柄瘤蚜茧蜂滞育蛹与非滞育蛹体内主要生化物质浓度比较

本研究旨在明确茶足柄瘤蚜茧蜂Lysiphlebus testaceipes滞育蛹与非滞育蛹体内生化物质浓度和保护酶活性的差异,为进一步探索茶足柄瘤蚜茧蜂滞育调控的分子机制提供依据。通过控制温光环境获得茶足柄瘤蚜茧蜂滞育蛹和非滞育蛹,并对滞育蛹设置不同滞育处理时间（滞育时间为30 d、45 d、60 d和75 d）,最终共设置4个滞育处理与1个非滞育处理,分别测定蛹体内主要糖类、醇和蛋白等生化物质的浓度以及过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和超氧化物岐化酶（SOD）3种保护酶的活性,并完成对比研究。总糖、海藻糖、甘油、总蛋白浓度在滞育蛹与非滞育蛹中存在显著差异,而糖原与山梨醇则没有明显差异。在滞育过程中POD,CAT和SOD活性随着滞育时间的延长,逐渐增强,当滞育时间达到60 d时,酶活性最高。茶足柄瘤蚜茧蜂蛹由非滞育进入滞育状态过程中,通过调节自身生理代谢使其体内糖类、醇等有机物浓度升高,蛋白质浓度下降,保护酶活性明显增强,从而显著提高其抗低温的能力,以有效应对不利的环境条件。     

茶足柄瘤蚜茧蜂对苜蓿蚜的寄生功能反应

在室内(25±1℃,L:D=16:8光周期,RH=40%～60%)条件下,研究了茶足柄瘤蚜茧蜂Lysiphlebus testaceipes(Cresson)对苜蓿蚜Aphis craccivora(Koch)若蚜的寄生功能反应。结果表明:苜蓿蚜的龄期对茶足柄瘤蚜茧蜂的寄生作用有很大影响,用功能反应HollingⅡ模型模拟,其模拟方程为Na=1.118 N/(1+0.0184 N)。通过该方程可明确单头雌成蜂在24 h内最多寄生60.60头苜蓿蚜,其寄生1头苜蓿蚜所需时间为0.396 h。在5个温度梯度下,茶足柄瘤蚜茧蜂对苜蓿蚜的寄生功能反应均符合HollingⅡ模型,但不同温度下的功能反应参数有明显的差异。此外茶足柄瘤蚜茧蜂自身密度对寄生有一定的干扰作用,其干扰作用通过Hassell-Varley模型拟合,方程为a=0.0621P-0.3062,表明茶足柄瘤蚜茧蜂雌蜂的发现域随着自身密度的增加而逐渐变小,寄生蜂雌蜂个体间的相互干扰效应降低了寄生效能。     

西伯利亚蝗卵发育过程的比较转录组分析及滞育关联基因筛选

【目的】通过筛选西伯利亚蝗Gomphocerus sibiricus卵滞育基因及代谢通路,初步明确西伯利亚蝗卵滞育分子机理。【方法】利用Illumina NovaSeq 6000测序平台对西伯利亚蝗早期发育(ES)、滞育(DS)和滞育后发育阶段(PS)的卵进行转录组测序;采用GO和KEGG富集分析并结合文献,预测滞育相关通路并聚类热图分析,筛选蝗卵滞育关联基因,并选取其中6个重要基因进行qRT-PCR验证。【结果】DSvs ES和PS vs DS两比较组分别富集到12 419和4 789个差异表达基因,且多上调表达;两比较组共表达差异基因为2 206个,主要与糖代谢、环境胁迫和生长发育相关。DS vs ES组富集最显著的GO条目为蛋白结合,PS vs DS组GO条目主要包含酶活性、细胞骨架构建及蛋白结合等过程。滞育关联基因主要集中在Wnt信号通路、胰岛素信号通路、细胞周期通路以及昆虫激素生物合成等通路。6个重要的滞育关联基因的表达量变化趋势与转录组数据结果基本一致。【结论】本研究初步明确了西伯利亚蝗卵滞育调控的重要代谢途径,并筛选出20个滞育关联基因,为后续深入研究该物种的适应机理奠定了基础。     

基于转录组测序的扎龙湿地野大麦耐盐性分析

通过转录组测序技术对扎龙湿地野大麦幼苗在200 mmol/L NaCl胁迫2 d后的叶片进行分析。对测序结果进行De novo拼接后,将差异表达基因在GO、KEGG数据库中进行比对注释。结果表明:NaCl胁迫2 d后,对照组与处理组分别获得Unigene序列61038个和46754个,检测到差异表达基因25465个,差异基因GO功能注释到3个大类的55个功能组。差异表达基因被注释到135个Pathway上,直观地显示出NaCl胁迫下野大麦幼苗体内发生调节及改变的代谢过程和信号通路,其中主要涉及光合作用、脯氨酸代谢、叶绿素代谢等途径。通过对野大麦幼苗叶片转录组分析,发掘相关耐盐基因,有助于培育野大麦及其近缘作物新品种,并对揭示植物耐盐性分子机制及相关代谢途径具有重要意义。     

茶树种子发育过程的转录组分析

该研究以‘铁观音’茶树品种的种子为试验材料,采用转录组测序技术分析种子发育的3个时期(幼果期、膨大期、成熟期)的表达差异,探究茶树种子油脂代谢的分子机制。结果表明:(1)经转录组测序、组装后共获得30 940 581个clean reads,经数据合并拼接最终得到36 951条非冗余Unigene序列,其中28 476个Unigene可得到功能注释;在转录本中能够被注释到GO分类的Unigene有11 201条(30.3%),KEGG分析发现共有17 172个基因参与了127个代谢通路。(2)经KEGG通路筛选出14条与脂肪酸代谢相关的通路,且随着茶籽的发育,大部分脂肪酸调控途径相关基因呈下调趋势,其中上调基因数最多的有α-亚麻酸代谢途径和脂肪酸降解途径(有17个基因表达量上调),下调基因数最多的是甘油磷脂代谢途径(有58个基因表达量下调);在茶籽发育幼果期α-亚麻酸代谢途径中表达量上调的基因数超过表达量下调的基因数。(3)研究发现茶籽脂肪酸合成相关的基因涉及14个脂类调控途径,共409条差异基因;随着茶树种子发育到成熟期,上调的差异表达基因数量在减少,下调的差异表达基因数量增加,其中α-亚麻酸途径中的基因PLA2G16、DAD1、pldA、FabF、FabI表达量上调显著,随后表达量下调。(4)qRT-PCR检测结果表明,7个茶树FAD和1个ACP差异表达基因的水平与转录组测序结果基本一致;随着茶籽的发育,基因CsFAD7和Δ6-CsFAD从幼果期、果实膨大期至果实成熟期都为差异下调表达,CsFAD2、CsFAD6和Δ7-CsFAD为差异上调表达,CsFAD8、Δ8-CsFAD和CsACP在幼果期至果实膨大期差异上调表达,在果实膨大期至果实成熟期差异下调表达。     

转录组和代谢组分析瘤菌根菌对铁皮石斛的促生机制

为筛选出促进铁皮石斛(Dendrobium officinale)生长的差异表达基因和差异代谢物,对瘤菌根菌与无菌盆栽铁皮石斛苗共生后形成的侧根根系进行转录组、代谢组和双组学联合分析。结果表明,转录组分析共找到262条差异表达基因富集到了35条通路中,其中内质网蛋白质加工通路途径的差异基因最多,其次为氨基糖和核苷酸糖代谢通路。代谢组分析共检测出194个差异代谢物富集到33个KEGG通路中,其中代谢途径的差异代谢物最多有133个,其次为不同环境的微生物代谢途径的差异代谢物有70个。通过联合分析,有9个差异基因的差异表达导致丝氨酸、谷氨酸、D-甘露糖和激素等代谢物的积累量发生变化,这可能是瘤菌根菌促进铁皮石斛生长的重要原因。因此,推测瘤菌根菌促进铁皮石斛生长与氨基酸、糖、植物激素的积累及相关基因的表达变化有关。     

茶足柄瘤蚜茧蜂生物学特性初步研究

茶足柄瘤蚜茧蜂Lysiphlebus testaceipes Cresson是寄生于苜蓿蚜Aphis craccivora Koch等蚜虫的一种重要寄生蜂.通过田间自然种群的调查,并在室内观察其发育历期的形态特征.在25℃恒温,16 h光照,8h黑暗,相对湿度60%～ 70%的条件下,茶足柄瘤蚜茧蜂的发育历期为卵期:1...     

伞裙追寄蝇滞育关联基因的转录组学分析

【目的】本研究旨在探讨调控伞裙追寄蝇Exorista civilis滞育的重要关联基因以及代谢途径,为明确该虫在转录组水平下的滞育分子机制提供理论基础。【方法】采用新一代高通量测序平台Illumina HiSeq^TM2000对伞裙追寄蝇非滞育以及滞育的蛹进行转录组测序分析以及生物信息学分析;应用KAAS在线pathway比对分析工具对筛选出的满足padj＜0.05且fold change≥32或padj＜0.05且fold change≤1/32条件的差异表达基因进行KEGG通路富集分析。【结果】根据测序结果,共获取58 050个基因。差异倍数在32倍以上的滞育关联基因(diapause-associated genes, DAGs)有454个,其中406个表达上调,共涉及134条通路,包括氧化磷酸化、柠檬酸循环及其他重要通路;48个表达下调,涉及32条通路。KEGG通路富集分析结果表明,滞育关联基因主要集中在信号转导、内分泌系统、碳水化合物代谢等途径中。【结论】本研究获得的伞裙追寄蝇转录组数据揭示了其滞育调控的重要代谢途径与关联基因。     

七星瓢虫滞育关联基因的转录组学分析

对七星瓢虫正常发育、滞育以及滞育解除的雌成虫进行RNA测序,并对筛选出来的滞育相关基因进行KEGG通路富集分析,从分子水平解析七星瓢虫滞育发机理。本研究以正常发育产卵、滞育30 d以及滞育贮存30 d后解除产卵的七星瓢虫雌成虫为研究对象,分别抽提RNA,合成c DNA,构建c DNA文库,文库检测合格后在Illummina Hiseq 2500测序仪上进行双向测序。根据测序结果,共获取unigene 82820个。采用两两比较法对正常发育组和滞育组、滞育组和滞育解除组进行差异表达分析,分别获得差异表达基因3501个和1427个。深入分析两组比对结果,将在滞育组上调且滞育解除组下调的unigene定义为滞育关联基因,共有443个基因为滞育关联基因。应用KEGG KAAS在线pathway比对分析工具对滞育关联基因进行通路富集分析,结果发现这些基因主要集中在碳水化合物代谢、脂质代谢以及信号转导等途径中。     

Bioinformatics Analysis of Microarray Data to Reveal Novel Genes Related to Cold-Resistance of Maize

Low temperature has become a major abiotic stress factor that can reduce maize yield and cause a number of economic loss. This study was designed to identify key genes and pathways associated with coldresistance of maize. The gene expression profile GSE46704, including 4 control temperature treated plants and 4 low temperature treated plants, was downloaded from the Gene Expression Omnibus database. Differentially-expressed genes (DEGs) were identified by limma package. Then, protein-protein interaction (PPI) network and module selection were constructed using Cytoscape. Moreover, the DEGs were re-matched based on the Zea mays L. gene ID and symbol data from PlantRegMap. Finally, the re-matched DEGs were performed functional and pathway enrichment analyses by the DAVID online tool. A total of 750 DEGs were screened (including 387 up-regulated and 363 down-regulated genes) In the PPI network, GRMZM2G070837_P01 and GRMZM2G114578_P01 had higher degrees. Besides, carbohydrate metabolic process, starch and sucrose metabolism and biosynthesis of secondary metabolites were significantly enriched in functional and pathway enrichment analysis. GRMZM2G070837_P01 and GRMZM2G114578_P01 might play a critical role in cold-resistance of maize. Meanwhile, carbohydrate metabolic process, starch and sucrose metabolism and biosynthesis of secondary metabolites might function in cold-resistance of maize.     

巴氏蘑菇子实体不同发育阶段的转录组分析

为探讨巴氏蘑菇子实体不同发育阶段基因的表达情况,本研究对巴氏蘑菇子实体不同发育时期（原基、采收期和开伞期）进行转录组测序,以本实验室已获得的巴氏蘑菇JA菌株的不育单孢菌株JA-15036基因组为参考基因组研究原基与采收期及开伞期样本间差异表达基因,并对差异表达基因进行了GO功能和Pathway富集分析。GO功能分析结果显示,差异表达基因主要富集在跨膜转运、碳水化合物代谢途径和膜组分,它们协同调控为子实体生长发育提供稳定的内环境。KEGG富集分析结果表明,原基期上调的差异表达基因主要富集在核糖体蛋白和DNA复制,表明原基期细胞代谢旺盛,其中核糖体蛋白基因上调为后期蛋白质合成提供重要场所;采收期和开伞期子实体时期差异表达基因主要富集在碳水化合物代谢、脂肪酸降解和氨基酸代谢等途径,为巴氏蘑菇子实体的生长发育与成熟提供营养与能量。     

沙葱萤叶甲卵滞育的转录组学分析

【目的】建立沙葱萤叶甲Galeruca daurica滞育卵转录组数据库,挖掘卵滞育相关的基因以及代谢和信号通路,在转录组水平探讨卵滞育的分子机制。【方法】采用Illumina NovaSeq6000高通量测序平台对沙葱萤叶甲滞育卵与解除滞育卵进行转录组测序,并进行生物信息学分析;利用DESeq软件分析沙葱萤叶甲滞育卵与解除滞育卵中的差异表达基因,对差异表达基因进行KEGG通路富集分析;利用qRT PCR技术对10个差异表达基因的表达模式进行验证。【结果】基于沙葱萤叶甲滞育卵与解除滞育卵转录组测序结果,共获得53 389个unigene,其中差异表达基因2 145个,24个差异表达基因与保幼激素信号及脂肪酸生物合成和降解相关。与解除滞育卵相比,滞育卵转录组中1 297个基因上调表达,富集于124条KEGG通路,其中核糖体通路显著富集;848个基因下调表达,富集于73条KEGG通路,其中MAPK信号通路和糖胺聚糖生物合成通路显著富集。qRT-PCR结果表明,随机选取的10个差异表达基因的表达趋势与RNA-Seq转录组测序结果完全一致。【结论】保幼激素,脂肪酸生物合成和降解,核糖体,MAPK信号及糖胺聚糖生物合成等通路可能在沙葱萤叶甲卵滞育调控中起着重要的作用。     

金针菇菌柄发育的转录组与蛋白组分析

菌柄是金针菇等食用菌的主要商品部位,但其生长机制仍不明确。本研究对金针菇伸长期和成熟期菌柄进行了转录组联合蛋白组分析,结果显示,两样本显著性差异表达基因和蛋白分别为721个和61个,均以上调表达为主。GO（gene ontology）功能聚类分析表明：有72.41%的差异表达基因富集在催化活性（catalytic activity）条目下。细胞组分（cell part）和绑定结合（binding）条目同时富集了较多的差异表达基因和蛋白。KEGG通路富集分析显示：碳水化合物代谢通路（carbohydrate metabolism）和氨基酸代谢通路（amino acid metabolism）富集的差异表达基因较多。差异表达蛋白富集较多的通路是单环菌素生物合成（monobactam biosynthesis,ko00261）、链霉素生物合成（streptomycin biosynthesis,ko00521）和有机含硒化合物代谢（selenocompound metabolism,ko00450）等。内质网蛋白质加工（protein processing in endoplasmic reticulum,ko04141）和MAPK信号通路（MAPK signaling pathway-yeast,ko04011）在转录组和蛋白组的KEGG富集分析中均为差异通路。本研究联合转录组和蛋白组数据筛选了40个金针菇菌柄发育中差异表达基因,为深入研究揭示食用菌菌柄发育过程提供候选基因。     

金针菇成熟期和伸长期菌盖的转录组与蛋白组比较分析

菌盖是大型真菌的重要组成部分,也是其产生有性孢子的部位,但是其发育机制仍不明确。本研究以金针菇Flammulina filiformis为材料,采用转录组和蛋白组联合分析的方法,比较分析了金针菇成熟期和伸长期菌盖的差异基因与蛋白,并对其进行GO (gene ontology)功能聚类分析、KEGG (Kyoto encyclopedia of genes and genomes)富集分析和蛋白互作网络分析。本研究筛选到差异表达基因有1 391个,差异表达蛋白147个,均以上调表达为主。GO功能聚类分析结果表明,催化活性(catalytic activity)条目富集基因最多,其次是细胞组分(cell part)、细胞过程(cellular process)和细胞器(organelle)。KEGG富集分析结果表明,差异表达基因和蛋白主要富集在碳水化合物代谢通路(carbohydrate metabolism)和氨基酸代谢通路(amino acid metabolism)等。本研究选取了9个关键的差异表达基因,使用实时荧光定量PCR (real-time quantitative PCR,RT-qPCR)对其表达量进行了验证。RT-qPCR验证结果与转录组测序结果相一致。蛋白互作网络分析表明,水解酶类、结构域类和转录调节类蛋白为互作网络的主要结点。本研究联合转录组、蛋白组测序数据,通过分析差异基因与蛋白,为深入了解金针菇菌盖发育机制提供数据参考。