de novo測序對昆蟲生物學特性的研究

2017-01-10    編輯:諾禾致源

245棋牌 2016年,在Nature Communications雜志上,同一時間發表了兩篇臭蟲基因組de novo測序文章。

研究背景

臭蟲是半翅目(Hemiptera)臭蟲科(Cimicidae)昆蟲,約75種,其發育過程為漸變態的,
即一生包括卵、若蟲和成蟲3個階段,其中若蟲有5個齡期(圖1)。
臭蟲以吸食人和溫血動物的血液為生,人被叮咬后,嚴重時可導致皮膚紅腫發炎、癢痛難忍,
有些人可發生丘疹樣麻疹,以小兒為多見,若長期被較多的臭蟲寄生,可引起
貧血、神經過敏和失眠、虛弱等癥狀[1,2]

圖1 臭蟲發育周期示意


雖然兩個版本的基因組組裝指標有所差異,但它們研究的問題卻是相似的,
重點研究了臭蟲與寄主特異性、稀釋血液和免疫相關功能基因(圖2),
并且對臭蟲與抗殺蟲劑有關基因信息進行了鑒定,
245棋牌 為臭蟲防治策略的制定以及臭蟲叮咬引起的過敏反應的鑒定提供了理論指導[1,2]。


245棋牌 圖2 臭蟲血食性基因鑒定及系統進化分析

研究結果

1. 基于全基因組數據構建分子系統樹

通過構建不同種蜜蜂的系統發育樹,明確了各種蜜蜂的進化關系和分歧時間,證實了簡單真社會性進化,包括分化出專門的生育和非生育蜜蜂個體,需要新的基因來協調群體動力學特征(圖3)[3]

圖3 蜜蜂系統發育關系和分歧時間分析
藍色:祖先獨居;綠色:兼并簡單群居;橙色:必要簡單群居;紅色:必要復雜性群居。



2. 進行比較基因組學研究,

進行比較基因組學研究,探尋特有的基因/基因家族,以及重要功能基因的收縮或者擴張等;并對這些家族進行GO/KEGG/InterPro domain功能富集分析對斯氏按蚊與其他種蚊子的同源基因進行比較分析,斯氏按蚊的11,789個預測蛋白基因中共有10,492(78.9%)個基因和岡比亞蚊、埃及伊蚊、果蠅有同源性(圖4)[4]

圖4 斯氏按蚊與其他物種同源基因比較

3. 其他重要個性化生物學問題的研究

如共生微生物組分析、免疫系統研究、藥物靶位點分析、性別決定機制等通過對采采蠅進行基因組測序,發現有多種微生物和采采蠅互利共生,包括魏格沃斯菌,生長在腸道相關的細菌組器官和乳腺的腔內;沃爾巴克氏體存在于一些野生采采蠅群體中,一般駐留在性腺組織(圖5)[5]

圖5 采采蠅微生物組、共生菌組織分布、生理重要性以及基因相互作用總結展示圖



在對斯氏按蚊免疫系統的研究中發現,FKBP12基因在斯氏按蚊所有發育階段和組織中都高度表達(圖6)。FKBP12是一種能夠調節轉化生長因子(TGF)-β和雷帕霉素靶標(TOR)信號的蛋白,鑒于TOR信號在哺乳動物中是許多生物學功能的基礎,在按蚊中FKBP12的高水平表達可能對TOR活性的調節有重要作用[4]

245棋牌 圖6 在發育過程中及吸血后FKBP12相對于其它信號分子基因集的表達情況

參考文獻

[1] Benoit J B, Adelman Z N, Reinhardt K, et al. Unique features of a global human ectoparasite identified through sequencing of the bed bug genome[J]. Nature communications, 2016, 7.

[2] Rosenfeld J A, Reeves D, Brugler M R, et al. Genome assembly and geospatial phylogenomics of the bed bug Cimex lectularius[J]. Nature communications, 2016, 7.

245棋牌 [3] Kapheim K M, Pan H, Li C, et al. Genomic signatures of evolutionary transitions from solitary to group living[J].Science, 2015, 348(6239): 1139-1143.

[4] Jiang X, Peery A, Hall A B, et al. Genome analysis of a major urban malaria vector mosquito, Anopheles stephensi[J]. Genome biology, 2014, 15(9): 1.

[5] International Glossina Genome Initiative.Genome sequence of the tsetse fly (Glossina morsitans): vector of African trypanosomiasis[J]. Science, 2014, 344(6182):380-386.