内源激素通路基因对白蜡虫雌雄不同发育方式的调控规律分析

来源 :中国林业科学研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hustmjh
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白蜡虫(Ericerus pela Chavannes)是重要的资源昆虫,二龄雄若虫大量分泌生物质白蜡,是一种天然的高分子化合物,主要成分是二十六酸二十六脂(C25H51COOC26H53),被广泛应用于印刷、机械、医药、食品、新材料等领域,具有重要经济价值。本文通过分析白蜡虫转录组数据,阐述了白蜡虫雌雄不同发育时期差异基因表达规律,揭示了白蜡虫雌雄两型发育的差异现象,解释了内源激素KEGG代谢通路差异基因对白蜡虫发育的调控,并采用基因沉默(RNAi)技术对蜕皮激素失活关键基因CYP18A1的功能进行验证与分析,主要研究结果如下:1.白蜡虫转录组表达的动态规律二龄雄若虫(SM)对比一龄雄若虫(FM)有17296个差异表达基因、SM对比二龄雌若虫(SF)有16308个差异表达基因,仅仅只在SM vs FM和SM vs SF中差异表达的基因分别有8620和5968,且SM中有机物质等生物代谢过程明显富集;SF中几丁质、葡萄糖胺复合等生物代谢过程明显富集,因此白蜡虫雄性二龄若虫在生理生化方面发生了显著的差异变化,在二龄期开始雌雄二型发育,沿着特定的发育方向转变。2.白蜡虫内源激素KEGG代谢通路分析通过分析内源激素KEGG代谢通路,发现保幼激素(JH)和蜕皮激素(20E)代谢通路关键基因在SM和SF时期差异表达显著,SF体内合成蜕皮激素关键基因(CYP307A1、CYP314A1)低表达,水解蜕皮激素关键基因(CYP18A1)高表达;合成保幼激素的关键基因(CYP15A1)高表达,水解保幼激素的关键基因(JHE)低表达,因此本文预测在SF中蜕皮激素滴度较低,保幼激素滴度较高,因此SF中的20E和JH的相互作用增强,JH发挥主导作用,SF开始不完全变态发育,从SF发育进入到雌成虫;SM体内合成蜕皮激素关键基因(CYP307A1、CYP314A1)高表达,水解蜕皮激素关键基因(CYP18A1)低表达;合成保幼激素的关键基因(CYP15A1)低表达,水解保幼激素的关键基因(JHE)高表达,则SM中蜕皮激素滴度较高,保幼激素滴度较低,因此SM中20E和JH的相互作用减弱,20E发挥主导作用,SM开始完全变态发育,从SM发育进入预蛹。3.白蜡虫CYP18A1的功能验证与分析CYP18A1在昆虫变态发育过程中起重要作用,CYP18A1是20E羟化酶,参与20E失活过程,维持体内20E平衡状态;本文对白蜡虫CYP18A1转录本序列,进行生物信息学分析与蛋白结构预测,发现CYP18A1蛋白在白蜡虫体内表达丰度低,易失活不稳定。CYP18A1在白蜡虫体内随变态过程有规律的差异表达,协同调控白蜡虫变态发育。使用RNAi沉默白蜡虫二龄雄若虫CYP18A1,发现白蜡虫发育畸形,部分若虫死亡,证实了CYP18A1基因参与了白蜡虫蜕皮过程,在影响白蜡虫雄虫完全变态发育中起重要的调控作用。本研究通过分析白蜡虫转录组表达动态,揭示了白蜡虫转录组动态表达规律,解释了白蜡虫雌雄两种不同发育现象的起点问题,同时分析了内源激素KEGG代谢通路差异基因表达规律,提出昆虫激素调控白蜡虫发育的模型,为后续解析昆虫雌雄二型现象提供了分子基础。筛选出内源激素KEGG代谢通路中20E失活的关键基因CYP18A1,通过RNAi揭示了CYP18A1对白蜡虫二龄雄若虫生长和变态发育的影响,为研究白蜡虫等昆虫雌雄二型发育提供科学基础,为培育高产品种的白蜡虫提供了理论依据。
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