2018-03-07
簡介
柑橘星天牛（CLB）是中國的一種破壞性的本地害蟲，和大多數(shù)昆蟲一樣，CLB利用嗅覺識別揮發(fā)性線索，調(diào)節(jié)一系列行為，包括交配，覓食，產(chǎn)卵和尋找寄主。昆蟲的化學(xué)感受器包括氣味受體（ORs），味覺受體（GRs）和離子型受體（IRs），用于將昆蟲與其化學(xué)環(huán)境相連接。本文中作者通過NGS測序組裝了星天牛的觸角轉(zhuǎn)錄組，得到了44938個unigenes，并通過GO和和蛋白質(zhì)正交基團(tuán)簇（COG）注釋了它們的假定基因功能，鑒定到來自化學(xué)感應(yīng)受體基因家族的74個推定的受體基因（包括53個OR，17個GR和4個IR）。使用RT-qPCR對星天牛雄性和雌性的觸角，上頜骨和唇須以及其余身體部分上的這些受體進(jìn)行表達(dá)模式分析。結(jié)果表明，23個ORs，6個GRs和1個IR顯示出雄性偏見的表達(dá)譜，表明它們可能在感知雌性產(chǎn)生的性信息素中起重要作用；而8個ORs，5個GRs和1個IR顯示雌性偏倚表達(dá)譜，表明這些受體可能參與某些雌性特異性行為，如產(chǎn)卵部位尋找。這些結(jié)果為深入理解CLB嗅覺處理機(jī)制打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，與他化學(xué)感受受體的比較研究結(jié)果也助于在CLB中鑒定額外的信息素和/或宿主引誘劑。
研究對象：柑橘長角甲蟲雄性和雌性觸角
測序平臺：Hiseq 4000
1． Unigenes組裝及GO和KEGG注釋分析
從CLB觸角轉(zhuǎn)錄組中獲得了89,311個轉(zhuǎn)錄本并從中篩選出44,938個unigenes。blast同源性分析顯示與赤擬谷盜T. castaneum（55.6％）的具有最佳匹配，包括嗅覺基因的相當(dāng)一部分基因可從從基因組數(shù)據(jù)中鑒定到。
GO和KO注釋展示了一些最具代表性的子類別：結(jié)合是分子功能類別中最豐富的子類別，而信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是環(huán)境信息處理途徑中最豐富的。這些unigenes可能在觸角化學(xué)感受過程中的氣味結(jié)合和轉(zhuǎn)導(dǎo)活動中發(fā)揮重要作用。
圖一 GO和KEGG功能注釋
2． 假定化學(xué)感應(yīng)受體基因的鑒定
嗅覺受體：CLB樣本的轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)了53個假定的OR。其中，11個序列含有全長ORF，5個基因（AchiOR1，AchiOR24，AchiOR32，AchiOR43和AchiOR44）含有7個跨膜結(jié)構(gòu)域。作者發(fā)現(xiàn)了一個OR基因（AchiOR1），與保守的其他昆蟲Orco基因家族具有高度同源性，并將其命名為AchiOrco。52個假定的OR序列分為四個亞組（第1-3和7組），其中19個序列分配給第1組，18個序列分配到第2組，10個序列分配到第3組，5個序列分配到第7組。第7組進(jìn)一步分為兩組：第7a組和第7b組。剩余的三個亞組4-6僅包含T. castaneum序列。此外，6個序列（AchiOR22，AchiOR23，AchiOR26，AchiOR32，AchiOR34和AchiOR44）與來自M.caryae的信息素受體具有高度直系同源性。
圖二 嗅覺受體基因系統(tǒng)進(jìn)化樹
味覺受體：生物信息學(xué)分析在CLB觸角轉(zhuǎn)錄組中鑒定了17個假定的GRs。將來自星天牛的GR蛋白質(zhì)序列和另外7種昆蟲的用于構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹（圖三）。在系統(tǒng)發(fā)育樹中，基因分為“糖”，“果糖”，“苦”和“二氧化碳”GR功能。AchiGR1與已知的糖受體高度同源，AchiGR9與新型果糖糖受體高度同源，AchiGR6和AchiGR15與已知的苦味受體高度同源，AchiGR7與已知的二氧化碳受體高度同源。
圖三 假定的味覺受體基因系統(tǒng)進(jìn)化樹
離子型受體：在合并的觸角轉(zhuǎn)錄組中鑒定了四個假定的IRs。其中，IR基因AchiIR2和AchiIR3具有全長ORF，并且IR基因AchiIR4是唯一沒有跨膜結(jié)構(gòu)域的。根據(jù)對8種鞘翅目和黑腹果蠅物種的IR進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析（圖四），可將IR基因分為不同的亞組。AchiIR2與DponIR76b和DmelIR76b以高百分比同一性聚集，表明它屬于IR76b組。此外，系統(tǒng)發(fā)育樹將AchiIR3歸入IR25a共同受體。
圖四 離子型受體基因系統(tǒng)進(jìn)化樹
3． 假定的化學(xué)感受受體的組織和性別特異性表達(dá)
作者使用RT-qPCR確定了CLB觸角，上頜觸須，唇側(cè)觸及其余昆蟲體內(nèi)化學(xué)感應(yīng)受體（53個OR，17個GR，4個IR）的表達(dá)模式。 41個假定的OR基因在大腸桿菌中表達(dá)
其中AchiOR2等8 OR序列的觸角表達(dá)顯著雌性化，AchiOR1等23個OR序列的觸角表達(dá)顯著偏向雄性，AchiOR7等10 OR序列在雌性和雄性觸角中以相同或相似的水平表達(dá)。另外，AchiOR49在上頜骨中高度表達(dá)。AchiOR20，AchiOR28，AchiOR30和AchiOR47在雌性身體中的表達(dá)水平顯著較高。最后，AchiOR41在兩性的唇側(cè)觸高度表達(dá)。
17個GR基因中的11個在觸角中表達(dá)顯著更高的表達(dá)（圖6）。 5個GRs（AchiGR5-6，AchiGR9和AchiGR14-15）的5個突變體表達(dá)顯著偏向雌性，其余6個GR（AchiGR3，AchiGR7-8，AchiGR10，AchiGR12和AchiGR17）的觸角表達(dá)顯著偏向于雄性。AchiGR2在雌性唇側(cè)的表達(dá)顯著高于任何其他組織，而AchiGR13在雌性身體中表達(dá)最高。AchiGR11在雄性唇側(cè)和雌性身體中高度表達(dá)。在所鑒定的四種IR中，AchiIR2在雌性觸角中表達(dá)最高，而AchiIR4主要在雄性觸角中表達(dá)，AchiIR1和AchiIR3在所有檢測的組織中顯示出相似的表達(dá)水平。
文獻(xiàn)：
Sun L, Zhang YN, Qian JL ,et al.Identification and Expression Patterns of Anoplophorachinensis (Forster) Chemosensory Receptor Genes from the Antennal Transcriptome. Front Physiol. 2018 Feb 13;9:90.
