基于RNA-seq的中华蜜蜂不同发育历期肠道基因表达差异分析

来源 :陕西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LoveYouNeverChange
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
中华蜜蜂Apis cerana cerana和意大利蜜蜂Apis mellifera相比具有个体耐寒、抗螨力强、产卵有节、抗茶蜜毒等众多优势,其生产的各类蜂产品也具有极高的经济价值和营养价值。中华蜜蜂的生长经历了卵、幼虫、蛹和成虫四个龄期,在工蜂的变态发育过程中,通过查阅文献和解剖观察发现其消化道外部形态和内部结构均存在明显差异,目前对这种差异原因和形成机制尚不清楚。本研究选取中华蜜蜂工蜂的6日龄幼虫(WL)、预蛹(WP)、白眼蛹(WW)、粉眼蛹(WF)、红眼蛹(WR)、黑眼蛹(WB)、成虫(WA)7个发育历期,每组设置3个生物学重复,采用RNA-seq技术对消化道组织转录组水平的基因表达进行研究,以探讨工蜂肠道发育的分子机制。主要结果如下:1.完成21个消化道样本的转录组测序,获得的Clean Data达136.51 Gb,各样品均达到5.93 Gb,Q30不小于93.22%,GC含量40%左右。将Clean reads和中华蜜蜂参考基因组加以比对,其中19个样本的比对效率达90%以上。2.经重复相关性评估、主成分分析和聚类分析,剔除预蛹期的WP3样本和成虫期的WA2样本。以FC ≥ 2且FDR<0.01为标准,分别以各相邻组别中前一阶段的样本为对照组筛选差异表达基因,最终WL-WP;WP-WW;WW-WF;WF-WR;WR-WB;WB-WA间的DEGs分别为2535个(上调1309,下调1044)、307个(上调69,下调238)、140个(上调43,下调97)、570个(上调450,下调120)、537个(上调379,下调158)、3200个(上调1394,下调1806)。绘制Venn图发现WL-WP和WB-WA这两个变态时期共有DEGs多达980个,出现了同一分子机制调控下的不同变化。3.依次对相邻组别间的DEGs进行功能分析。GO富集结果显示各组别注释到3大分支中的条目基本类似,被富集到细胞及代谢过程、生物调控、细胞膜及其组分、细胞及其组分、结合、催化活性等条目中。结合KEGG注释结果发现了和细胞增殖、新陈代谢、能量代谢、感光系统、免疫功能等相关的若干通路:①细胞增殖和组织发育:ECM受体互作、Hippo信号、Wnt信号和MAPK信号途径等通路的基因表达变化和聚类分析显示,和细胞、组织、肌肉、神经发育相关的Laminin、Agrin、Wnt、F-actin、PKC等蛋白的编码基因表达趋势一致。蛹期是消化道细胞增殖分化和组织构建形成的关键时期(其中预蛹期最为活跃)。此外预蛹阶段Duox控制的活性氧水平提高,Omb控制的翼形态开始发生,但Rac蛋白的抑制表明预蛹期并未进行细胞的转移和极性运输,更倾向于在原有的结构基础上进行细胞数目的增多。成虫阶段消化道内和紫外辐射、细菌感染、热休克、高渗压相关的dMekk1蛋白被激活,肠道免疫功能和抗逆性水平较幼虫和蛹期有所提高。②新陈代谢和能量代谢:分析碳代谢、氧化磷酸化、淀粉和蔗糖代谢、氨基酸的生物合成等若干通路上注释到的基因表达变化,发现NADH脱氢酶、细胞色素C氧化酶等蛋白的变化规律类似,消化道新陈代谢和能量供应随工蜂发育进程呈现出一种先显著下降再有所恢复最后明显上升的趋势(预蛹是代谢最低点),包括各类氨基酸、糖类、脂肪等的合成和转换,各种跨膜转运、ATP水解、淀粉蔗糖分解供应等。这和蜜蜂在蛹期完全停止进食,但出房后又担任大量的蜂巢清理、花粉采集等工作有关。③感光系统和眼部发育:预蛹期光传导通路的TRPL蛋白被激活,同时肌动蛋白Actin和肌凝蛋白NINAC等编码基因上调,眼的感光系统和肌肉组织初步形成;白眼蛹时期感光通道的又一个TRP蛋白被激活,感光系统发育完善。原本活跃的PKC、Actin、NINAC、TRP蛋白在成蜂中被抑制,眼部发育基本停止。但整个过程中未发现视紫红质的激活,无法确定视觉系统的准确发育时间点。④组织溶解和免疫功能:溶酶体中并未出现相关蛋白的激活,尤其在预蛹期其生成和水解作用反而被抑制,但GO富集结果和形态学数据显示,仍存在细胞分解和组织溶解的现象,推测可能是某种蛋白质、酶或特殊的物理化学变化在发挥作用。其次吞噬体生成及功能也被抑制,蛹期末才有所恢复,证明了蛹期消化道中并未出现吞噬现象这一结论。结合MAPK信号途径中的dMekk1蛋白,可知成虫的消化道免疫功能增强,解毒机制有所下降,同时血红蛋白水平和角质层的结构发育完善,肠道更加坚韧且富有弹性。幼虫和蛹期虫体免疫力低下更易感病,蜂农在实际生产中需重点关注该阶段的蜂巢环境和虫体健康。⑤昼夜节律:黑眼蛹时期昼夜节律中的Per和Cyc蛋白被激活,有可能为即将的出房做准备。成年蜜蜂中该通路上调基因进一步增加,Dbt蛋白也被激活,但这个过程中Tim蛋白并未发生变化,可能消化道内相关基因不够全面。
其他文献
秦岭是我国重要的生态环境保护区。近些年来随着经济以及城镇化的迅速发展,秦岭南北麓地区的工业、农业、旅游业发展规模越来越庞大,盲目开荒、陡坡耕种、矿业开矿、居民能源消耗的变化和由此产生的环境污染问题也逐渐显现。有害金属是一种难降解、迁移性强的持久性污染物,广泛存在于自然界的水体、土壤、灰尘、植物等不同介质中,并通过食物链在动物体内积累,从而对人体和生态系统造成危害。秦岭是我国重要的生态屏障和生态空间
学位
西北干旱内陆区水资源短缺,水资源系统脆弱且时空分布不均,有限的水资源已成为制约社会经济发展、影响生态安全的关键要素。随着经济社会发展和用水需求的进一步增长,干旱内陆区水资源供需矛盾与水资源安全问题日益突出,不断加剧的人类活动引起水资源供需平衡关系逐渐失衡,导致干旱内陆区脆弱的生态系统遭受缺水威胁,生态环境问题日趋严重。而随着未来气候的变化和人类活动的加剧,内陆河的水资源状况如何,未来将发生什么样的
学位
学位
学位
学位
学位
学位
钱江源国家公园位于浙江省西南部的开化县,公园内分布着大片较为完整的亚热带常绿阔叶林和大量濒危野生动植物,是全球领先的生物多样性研究区域,国家生物多样性保护优先区域,还是十大国家公园体制试点之一。苔藓植物作为高等植物第二大类群,在保护地表、涵养水源等方面发挥巨大作用,在维持生态系统稳定方面扮演重要角色。掌握苔藓植物物种多样性资料有助于研究者在多方面、多层次上更好地保护、开发、利用生物资源,因此,对钱