迁飞型和居留型粘虫转录组测序及基因表达分析

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuelin_1985
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粘虫Mythimna separata (Walker)是一种典型的远距离迁飞害虫,同时也是严重威胁我国水稻、小麦和玉米三大主粮作物上的重大害虫。迁飞是昆虫维持种群繁衍、适应复杂多变的环境的主要行为对策,也是迁飞害虫经常暴发成灾的主要原因。迁飞种群中通常存在着迁飞到他处危害的迁飞型以及留在本地繁殖的居留型。为筛选粘虫迁飞关键靶标基因、获得迁飞型和居留型以及不同性别差异表达基因,揭示粘虫迁飞行为发生与调控的分子机制以及种群迁飞危害的分子基础,丰富粘虫转录组数据信息。我们利用Illumina HiSeq2500测序平台对居留型(1头/850mL)和迁飞型(10头/850mL)成虫羽化后48h、96h、144h的雌蛾以及迁飞型羽化后96h雄蛾进行了转录组测序以及相关信息学分析,并利用q-PCR技术对差异表达基因进行验证,同时,从转录组数据中高通量发掘了粘虫SSR标记。主要研究结果如下:1.转录组测序共获得原始数据108Gb,有效数据105.42Gb,每个样品平均获得7.53Gb。所有样品的Q20均高于95%,GC含量在45.15%~47.16%之间。共获得174385条转录本和108494条unigenes。经过基因功能注释,在GO分类中,有21955条unigenes具有具体功能定义,可分为分子功能、细胞组分和生物学过程3大类55个分支;在KEGG分类中,有8718条unigenes具有具体的定义,共获得10611个KEGG功能注释;在KOG分类中,11661条unigenes有具体的蛋白功能含义,共获得12889个KOG功能注释,涉及26个KOG功能类别。2.采用软件DESeq进行差异表达基因分析,羽化后48、96、144h迁飞型和居留型粘虫分别获得97、724、250个差异基因,从基因水平说明相同时期迁飞型和居留型粘虫具有不同的生物学行为;不同性别粘虫获得8626个,4725个基因表达上调,3901个表达下调。3.差异表达基因GO和KEGG富集分析结果表明:迁飞型粘虫具有较强的飞行能力、逆境适应能力以及免疫能力。4.对15个差异表达基因进行荧光定量PCR实验进行验证,结果表明,q-PCR实验得到的差异基因表达趋势和转录组测序结果是吻合的,说明本研究基于RNA-seq获得的基因表达数据是可靠的。5.共筛选了三大类与迁飞相关的基因:8种生物钟基因、4种参与调控JH水平的基因、3种生殖相关的基因;化学感应相关基因共筛选了6大类,26种基因;另外,筛选了参与代谢过程的关键酶基因如JH酯酶、脂肪酸结合蛋白和肉碱脂酰转移酶等基因;重要神经递质受体基因如章鱼胺受体、5-羟色胺受体和多巴胺受体基因也被筛选。这些基因的筛选将为今后粘虫迁飞行为发生与调控的分子机制研究提供基因资源。6.利用软件MISA对108494条unigenes进行SSR检测,共发现12483个SSR位点,出现频率为11.51%,分布于10685条unigenes中,发生频率为9.85%。平均每6126bp含有1个SSR位点。单核苷酸和三核苷酸是主要重复类型,10次重复的SSR数量最多,共发现42种重复基元,单核苷酸重复基元A/T出现频率最高。大规模的SSR分子标记开发,将有助于粘虫迁飞虫源交流、种群遗传结构和遗传多样性研究。
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