eQTL研究蚊抗性基因的调控网络

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蚊是重要的医学节肢动物,可以传播多种蚊媒病。蚊媒病的暴发流行严重危害人类健康,是全世界范围内重要的公共卫生问题。蚊媒防制是应对蚊媒病的重要措施。目前化学防制依然是蚊媒防制规划的主要方法。然而,长期大量的杀虫剂的使用使得蚊产生抗性,妨碍了蚊媒防制工作并且加剧了蚊媒病的传播。蚊媒抗性是多基因表型,前期研究者采用多种方法鉴定了多个抗性相关基因,但是众多抗性基因之间是如何共同作用、其中哪些是主效基因、是否有一组调控因子调控抗性相关基因的表达,是目前抗性机制研究的难点问题。因此,阐明蚊媒抗性相关基因间的共同作用,筛选抗性主效基因,寻找广泛调控这些基因的功能分子,从表达及调控两个水平研究蚊媒抗性的遗传基础,为抗性监测和治理提供新靶标是目前蚊媒抗性研究的重点。表达数量性状基因位点(expression Quantitative Trait Loci,eQTL)定位分析技术将每个基因的mRNA表达量作为数量性状,与基因多态性数据共同进行QTL分析,可分析基因间的调控关系及协同作用,寻找上游调控位点及下游受调控基因,最终建立基因间调控网络阐明基因调控的机制。本课题选用在我国分布广、种群密度高的淡色库蚊(Culex pipiens pallens)和拟除虫菊酯类杀虫剂代表产品溴氰菊酯(Deltamethrin),首次应用eQTL技术对淡色库蚊溴氰菊酯抗性相关基因进行研究,建立调控网络、寻找抗性主效基因。本研究使用淡色库蚊溴氰菊酯敏感、抗性两种品系的蚊建立杂交系,对所得子二代抗性分离群体以WHO接触筒成蚊生物测定法按击倒时间区分为A(30min,敏感组)、B(60min、低抗组)、C(90min、中抗组)及 R(24h、高抗组)四组不同的表型。样本转录组测序并组装后进行生物信息学分析。本研究对各组样品进行差异表达分析。根据FDR<0.05的筛选条件,共获得差异表达基因1263个,结合42196个SNP数据做eQTL定位,得到98个cis-eQTL的SNP和11046个trans-eQTL的SNP。根据分析得到的trans-eQTL基因调控关系,采用Cytoscape软件绘制基因调控网络图,初步获得蚊抗性相关基因间的调控网络。本研究通过对蚊媒抗性相关基因的调控网络的研究发现红褐蛋白基因、分泌载体相关膜蛋白基因等可能是抗性调控的主效基因,主要功能涉及泛素化降解通路、信号转导通路,有待进一步研究其与蚊抗性之间的关系。本研究又进一步对雌雄蚊之间的抗性差异进行分析,筛选(FDR<0.05)发现5个cis-eQTL和517个trans-eQTL与性别特征表现了强关联性。其主要生物学功能有活动周律、天冬门氨酸活性和溶血磷脂酶活性等。由于雌蚊卵巢发育需要吸血,需进一步探究抗性与生殖营养节律的关系及相关基因的功能机制以及溶血磷脂酶、天冬酰胺酶及乙酰葡萄糖胺水解酶蛋白等与雌雄蚊间抗性差异的关系。通过探索抗性检测新靶标,为蚊媒抗性机制的深入研究提供信息,可为抗性治理和新型高效杀虫剂的开发提供理论基础。
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