褐飛虱翅型分化分子機(jī)理研究.pdf

1、在不同環(huán)境條件下，基因型相同生物的外部形態(tài)和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)可能表現(xiàn)出顯著的差異，這種發(fā)育可塑性是生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中為適應(yīng)不斷變化的生態(tài)環(huán)境而形成的一種極其重要的生存策略，褐飛虱的長(zhǎng)短翅分化就是一個(gè)很好的例子。長(zhǎng)翅型褐飛虱具飛行能力，利于種群擴(kuò)散，而短翅型褐飛虱喪失飛行能力，但具有較高的生殖力，更利于種群增長(zhǎng)。半個(gè)世紀(jì)以來，雖然眾多學(xué)者以蚜蟲、飛虱、蟋蟀為模式，對(duì)昆蟲翅多型進(jìn)行了廣泛的研究，也積累了大量的資料，但尚未揭示翅型分化的分子機(jī)制

2、。本論文針對(duì)這一科學(xué)問題，以褐飛虱為模型，從基因組和轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析入手，經(jīng)過系統(tǒng)研究全基因組序列，揭示了其翅型分化的分子機(jī)理。所取得的主要研究結(jié)果如下:
　　1.分析了褐飛虱的和翅型分化相關(guān)的基因。用全基因組鳥槍法和fosmid文庫(kù)結(jié)合的方法做測(cè)序拼接，最終得到了1.14Gbp的褐飛虱基因組草圖，contig N50大小為24.2kbp，scaffold N50大小為356.6kbp，共注釋了27，571個(gè)CDS序列?；蚪M序列為

3、進(jìn)一步研究褐飛虱的生物學(xué)機(jī)理提供了必要的序列信息基礎(chǔ)。進(jìn)一步分析了基因組中與翅型分化相關(guān)的基因，包括營(yíng)養(yǎng)通路基因、保幼激素合成相關(guān)基因、翅發(fā)育網(wǎng)絡(luò)基因、迂飛及生物鐘相關(guān)的基因，表明TOR信號(hào)通路參與了褐飛虱的生殖和激素合成調(diào)控;胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中有2個(gè)受體基因存在;翅發(fā)育網(wǎng)絡(luò)基因在褐飛虱中是保守的，這些基因在長(zhǎng)短翅褐飛虱若蟲中的表達(dá)量差異顯著，干擾這些基因能引起翅發(fā)育不正常;遷飛及生物鐘相關(guān)基因在褐飛虱中同樣存在，它對(duì)褐飛虱遷飛過程中

4、時(shí)間補(bǔ)償以及定向機(jī)制有重要意義;基因組DNA甲基化與不同翅型褐飛虱間的差異也有一定聯(lián)系。
　　2.分析了褐飛虱轉(zhuǎn)錄組并比較了長(zhǎng)短翅表達(dá)譜的差異。通過轉(zhuǎn)錄組分析，共得到了85，526條褐飛虱的轉(zhuǎn)錄組序列。對(duì)短翅型雌成蟲和長(zhǎng)翅型雌成蟲做表達(dá)譜比較，發(fā)現(xiàn)了和翅型差異相關(guān)的基因。其中，與肌肉組成、能量代謝和生殖相關(guān)的基因表達(dá)差異顯著。同時(shí)，基因組分析中與翅型分化相關(guān)的基因同樣能在轉(zhuǎn)錄組中找到表達(dá)信息，其中有8個(gè)基因在長(zhǎng)短翅型比較中有顯著性

5、差異表達(dá)。轉(zhuǎn)錄組的分析為褐飛虱翅型分化提供了大量有價(jià)值的信息。
　　3.揭示了褐飛虱翅型分化的分子機(jī)制。發(fā)現(xiàn)褐飛虱兩個(gè)胰島素受體基因（NlInR1和NlInR2）通過調(diào)控NlFOXO的活性分別控制了長(zhǎng)翅型和短翅型的發(fā)育。NlInR1通過激活NlPI3K-NlAkt信號(hào)級(jí)聯(lián)誘導(dǎo)長(zhǎng)翅型飛虱產(chǎn)生，如果這條通路被抑制，則誘導(dǎo)短翅型飛虱產(chǎn)生。與NlInR1相反，NlInR2是這條通路的負(fù)調(diào)控因子，抑制這條通路誘導(dǎo)長(zhǎng)翅型飛虱產(chǎn)生。我們還發(fā)現(xiàn)一

6、個(gè)分泌于腦的類胰島素多肽NlILP3激活了胰島素信號(hào)通路，從而誘導(dǎo)長(zhǎng)翅型褐飛虱產(chǎn)生。同時(shí)，在白背飛虱和灰飛虱中證明了胰島素信號(hào)通路在飛虱科中是控制翅型分化的普遍機(jī)理，這也是昆蟲中首次證明翅型分化分子基礎(chǔ)的研究。
　　4.比較了長(zhǎng)短翅型飛行肌，分析了飛行肌的關(guān)鍵基因。通過轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)譜的比較，篩選了與間接飛行肌相關(guān)的關(guān)鍵基因，如flightin和TpnC4基因等。其中，flightin對(duì)間接飛行肌的結(jié)構(gòu)和功能起到了決定性作用。鑒于