“孤蝶小徘徊,翩翾粉翅开。”丰富的昆虫和动物、植物等一起构成了瑰丽多彩的生物圈。在科研世界也是一样,昆虫也是动物植物研究以为无法避开的有趣方向,无论是作物的抗病虫害、植物昆虫的协同生长或就是基于昆虫本身的特异性分泌物、特殊性状的研究、生长发育研究等等,都有广阔的科研前景。
但是昆虫的研究往往也会遇到许多问题,比如昆虫采集、饲养的困难、样品采取的难度、参考基因组的缺失等等,但是就算在重重困难之下,依然有大量的科研工作者,努力在昆虫研究的第一线,今天小编也为大家精选几篇昆虫基于转录调控方向的研究,希望能为大家扩宽思路。
01
3+2转录组助力益蝽解毒基因研究
发表时间:2022年10月
发表期刊:Front Physiol
研究物种:益蝽
测序方式:Iso-seq+RNA-seq
研究概述:
益蝽具有控制作物和森林中鳞翅目害虫的能力,具有生物防治的潜力。其在生物防治方面的重要性促使人们对其生物学和生态学进行了一些研究。但是对于益蝽的基础研究是否有限,特别是对于遗传信息的研究更是十分稀少。因此在本研究中,使用PacBio单分子实时测序(SMRT)和Illumina RNA-seq测序技术揭示了益蝽的全长转录组分析和组织特异性表达模式。通过SMRT测序共获得12997个高质量转录本,平均长度为2292 bp。其中,在7个公共数据库中成功注释了12101个。共鉴定出67个细胞色素P450单加氧酶基因,43个羧酸酯酶基因,18个谷胱甘肽s转移酶基因,其中大部分通过全长ORFs获得。然后,利用Illumina测序分析了5龄若虫的组织特异性表达模式。在益蝽的肠道和触角中发现了几个与杀虫剂和其他异种生物解毒以及气味降解有关的候选基因。目前的研究为了解这种有益的昆虫及其相关物种的生物学和生态学提供了深入的知识。
图1.CYP基因系统发育树
02
血餐对锥蝽触角转录影响
发表时间:2023年1月
发表期刊:BMC Genomics
研究物种:锥蝽
测序方式:RNA-seq
研究概述:
锥蝽是许多疾病的传播者,目前许多锥蝽的种群对杀虫剂已经产生了抗药性,迫切需要找到防治的替代方案。而寻找一个介导基本生理过程的分子靶点,从而防治锥蝽是一个重点方向。因此本研究基于昆虫的感觉靶点特征,对锥蝽的触角进行了转录组测序及组装,并评估了采食血液对其影响。
对锥蝽的感觉相关基因家族进行了注释(127个气味受体、38个离子受体、11个味觉受体、41个气味结合蛋白和25个化学感觉蛋白等),并与其他几种半翅目昆虫的基因进行了比较。鉴定出了几个代表这些食血异翅目昆虫进化过程中产生的感觉适应的特有基因。此外,我们还报道了异翅目昆虫共有的各种保守的感觉基因群,揭示了异翅目昆虫触角生理的分子基础。最后,在摄入血粉后触角表达显著改变的2122个基因中,检测到41个与锥蝽感觉相关的差异基因(9个上调,32个下调)。研究发现了昆虫介导三甲胺寻找宿主行为的候选基因。此外,所发现的特有的基因谱系代表了它们对危险的自然历史的分子适应,这些自然历史涉及从一组极其多样化的脊椎动物中吸食血液。鉴定出的异翅目基因群可能代表了这一最大类半翅目昆虫的感官特性的未知特征。研究是首次对人类疾病的非双翅目媒介的感觉过程的外周调节进行分子表征。
图2.采食血液对锥蝽触角的转录影响
03
香樟齿喙象抗芳樟醇机制
发表时间:2023年1月
发表期刊:BMC Genomics
研究物种:香樟齿喙象
测序方式:Iso-seq+RNA-seq
研究概述:
香樟齿喙象是一种新发现的害虫,严重危害樟树,其种群爆发在很大程度上取决于其对萜类代谢物的抗性。目前基于此研究很少,也没有参考基因组或转录本集。因此本研究采用RNA-seq结合Iso-seq的方式对以芳樟醇饲料饲养的香樟齿喙象幼虫进行测序。共有20,325个高质量的全长转录本被鉴定为参考转录本集,其中14,492个蛋白质编码转录本包括130个转录因子(TF)和5561个长的非编码RNA(LncRNAs)。此外,还捕获了30个选择性剪接事件和8049个简单重复序列。差异表达转录本的基因丰富表明,细胞色素P450(CyP450)和角质蛋白(CPS)的全面上调是对采食芳樟醇的主要反应特征。芳樟醇暴露可能引起的其他生理效应,如活性氧(ROS)增加和兴奋刺激,可被少数编码抗氧化酶、热休克蛋白(HSPs)、保幼激素(JH)环氧化物水解酶和消化酶的诱导基因补偿。此外,基于共表达网络分析,筛选出一系列与CYP450和CPS共表达的Hub LncRNAs和Tf作为潜在的基因调控因子。实时定量聚合酶链式反应测定的候选转录本的时间表达也表明,芳樟醇对细胞色素P450和CPS的诱导之间存在协同关系。结论本研究提供了重要的香樟齿喙象为了解这一特殊害虫在其特定寄主环境中如何应对化学挑战奠定了有价值的基础。
图3.研究路线图
总 结
虽然昆虫的研究会遇到参考基因组不完善、取样困难、个体微小等困难,但在转录调控层面基于Iso-seq和RNA-seq的“3+2”转录组方案,无疑可以解决许多此前研究无法解决的问题,同时也可以考虑结合蛋白组、代谢组等其他维度组学,从转录终点、代谢分泌物等层面与RNA研究一起构建有深度的转录调控研究体系,从而解决昆虫方向的科学问题。
参考文献:
[1]Li, Wenhong et al. “A full-length transcriptome and gene expression analysis of three detoxification gene families in a predatory stink bug, Picromerus lewisi.” Frontiers in physiology vol. 13 1016582. 10 Oct. 2022, doi:10.3389/fphys.2022.1016582
[2]Latorre Estivalis, Jose Manuel et al. “The antennal transcriptome of Triatoma infestans reveals substantial expression changes triggered by a blood meal.” BMC genomics vol. 23,1 861. 30 Dec. 2022, doi:10.1186/s12864-022-09059-6
[3]Li, Shouyin et al. “Tolerance to dietary linalool primarily involves co-expression of cytochrome P450s and cuticular proteins in Pagiophloeus tsushimanus (Coleoptera: Curculionidae) larvae using SMRT sequencing and RNA-seq.” BMC genomics vol. 24,1 34. 19 Jan. 2023, doi:10.1186/s12864-023-09117-7