褐飛虱翅型分化分子機理研究.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期進化過程中為適應不斷變化的生態(tài)環(huán)境而形成的一種極其重要的生存策略，褐飛虱的長短翅分化就是一個很好的例子。長翅型褐飛虱具飛行能力，利于種群擴散，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。半個世紀以來，雖然眾多學者以蚜蟲、飛虱、蟋蟀為模式，對昆蟲翅多型進行了廣泛的研究，也積累了大量的資料，但尚未揭示翅型分化的分子機制

2、。本論文針對這一科學問題，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文庫結(jié)合的方法做測序拼接，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CDS序列?；蚪M序列為

3、進一步研究褐飛虱的生物學機理提供了必要的序列信息基礎(chǔ)。進一步分析了基因組中與翅型分化相關(guān)的基因，包括營養(yǎng)通路基因、保幼激素合成相關(guān)基因、翅發(fā)育網(wǎng)絡基因、迂飛及生物鐘相關(guān)的基因，表明TOR信號通路參與了褐飛虱的生殖和激素合成調(diào)控;胰島素信號轉(zhuǎn)導通路中有2個受體基因存在;翅發(fā)育網(wǎng)絡基因在褐飛虱中是保守的，這些基因在長短翅褐飛虱若蟲中的表達量差異顯著，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，它對褐飛虱遷飛過程中

4、時間補償以及定向機制有重要意義;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)錄組并比較了長短翅表達譜的差異。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。對短翅型雌成蟲和長翅型雌成蟲做表達譜比較，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)的基因表達差異顯著。同時，基因組分析中與翅型分化相關(guān)的基因同樣能在轉(zhuǎn)錄組中找到表達信息，其中有8個基因在長短翅型比較中有顯著性

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

6、個分泌于腦的類胰島素多肽NlILP3激活了胰島素信號通路，從而誘導長翅型褐飛虱產(chǎn)生。同時，在白背飛虱和灰飛虱中證明了胰島素信號通路在飛虱科中是控制翅型分化的普遍機理，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對間接飛行肌的結(jié)構(gòu)和功能起到了決定性作用。鑒于