西藏飞蝗应对温度胁迫的转录组分析及热休克蛋白基因表达分析

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:for1984
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西藏飞蝗Locusta migratoria tibetensis Chen是一种主要分布在西藏、雅鲁藏布江流域以及四川的川西高原的飞蝗,危害当地的禾本科作物与牧草。作为高原特有蝗虫的西藏飞蝗能在高原上顺利生长繁育,与其对高原温度环境的适应密不可分。为了研究西藏飞蝗适应高原温度的分子响应机制,本研究对西藏飞蝗进行了温度胁迫试验,设置了40℃高温处理、-5℃低温处理与20℃对照处理,时间为1 h,进行转录组测序分析。大量研究表明,热休克蛋白(Heat Shock Proteins,HSPs)在昆虫应对外界非生物胁迫过程中担负着不可或缺的作用,本试验从转录组数据中筛选出一条Hsp70和Hsp90,进行了氨基酸序列分析,设置了37℃、40℃、43℃高温处理与-5℃、-2℃、1℃低温处理,以20℃作为对照处理,处理时间为1 h、3 h、5 h,进行了基因表达量分析。具体结果如下:1.通过RNA-Seq共获得了66256条unigenes,其中30051条unigenes被成功注释。高温下得到了778条差异表达基因(Differentially Expressed Genes,DEGs),低温下得到了1787条DEGs。GO与KEGG富集分析中大量与能量代谢相关的基因与代谢途径被富集,低温下几丁质酶活性增强,将几丁质分解成小分子糖,多种糖代谢途径表达上调,产生大量小分子糖,同时积累大量亚麻酸(alpha-Linolenic acid)、花生四烯酸(arachidonic acid)以维持细胞的正常生理功能。高温下除了糖代谢途径表达上调,还有脂肪酸与不饱和脂肪酸的代谢合成途径表达上调,生成大量脂肪酸,同时氨基酸的合成与代谢途径上调,多种氨基酸被生成和消耗。这些能量代谢途径可以产生大量小分子糖、氨基酸、脂肪酸和蛋白质,增强西藏飞蝗对温度的适应性。注释基因的分析发现,与应对温度胁迫相关的热休克蛋白主要参与了蛋白质的合成与运输,防止蛋白质损伤以及分解受损蛋白。2.从众多Hsp片段中挑选出表达差异显著的片段进行序列分析,从Hsp70基因中挑选出Unigene0047778,Hsp90基因中挑选出Unigene0035407,通过BLAST比对发现该Unigene0047778与中华稻蝗的Hsp70基因相似度有90.22%,Unigene0035407与飞蝗的Hsp90相似度有99.42%。序列分析发现Unigene0047778推导出的氨基酸序列具备Hsp70家族成员的签名序列DLGTT-S-V、FDLGGGTFDVSIL与Hsps家族保守性非常高的特征基序EEVD,Unigene0035407推导出的氨基酸序列具备Hsp90家族成员的特征序列YSNKEIFLRE、LGTIAKSGT、IKLYVRRVFI、GVVDSEDLPLNISR与Hsps家族保守性非常高的特征基序EEVD,确认其分别为Hsp70与Hsp90家族一员。3.分析西藏飞蝗在高温和低温胁迫下Hsp70基因与Hsp90基因相对表达量,发现雌雄成虫体内两种基因相对表达量变化方式与变化规律相似,在高温胁迫中Hsp70与Hsp90基因相对表达量都会随着温度的升高而增加,在低温胁迫中,Hsp70与Hsp90基因相对表达量都会随着温度的升高而降低。在受到温度胁迫时长为1 h或者低于1 h的时候Hsp70与Hsp90基因相对表达量就出现了峰值,并且随着时间的延长,基因相对表达量会逐渐的降低。这些结果为深入了解西藏飞蝗对高温和低温的适应机制提供依据,为进一步揭秘西藏飞蝗高原适应性奠定了基础。
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