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八种昆虫转录组数据中OBP、CSP和RyR基因预测及序列分析

张岚  
【摘要】:基因的发现是昆虫分子生物学研究的重要基础。传统的策略一直依赖于简并引物和全长克隆,费时费力。随着大规模基因测序技术的进步,转录组和序列表达标签为基因的克隆发现提供了新的思路和方法。 稻纵卷叶螟(Cnaphalocrocis medinalis)、甜菜夜蛾(Spodoptera exigua)、小菜蛾(Plutella xylostella)、二化螟(Chilo suppressalis)、三化螟(Tryporyza incertulas)、烟粉虱(Bemisia tabaci)、灰飞虱(Laodelphax striatellus)和马铃薯甲虫(Leptinotarsa decemlineata)等对农业生产的危害较大。本硕士论文在获得上述八种农业害虫转录组数据的基础上,利用生物信息学的方法大规模地进行气味结合蛋白(odorant binding proteins, OBPs)、化学感受蛋白(chemosensory proteins, CSPs)和鱼尼丁受体基因(Ryanodine Receptor, RyR)的同源搜索、序列特征结构挖掘和分子进化分析。 1)昆虫嗅觉相关蛋白 昆虫的嗅觉系统与其生命活动息息相关,而嗅觉相关的气味结合蛋白(odorant binding proteins, OBPs)和化学感受蛋白(chemosensory proteins, CSPs)在昆虫感知外界气味信息和运送气味信号中扮演了重要的角色。对农业害虫的OBPs和CSPs进行基因发现和预测,有助于深入了解农业害虫中嗅觉相关蛋白,提示昆虫与外界环境的相互作用及协同进化关系,从而在农业害虫防治中加以开发利用。 在小菜蛾、烟粉虱、灰飞虱三个物种中分别预测出7、7、6条候选的OBPs核酸序列。经过序列拼接和剔除冗余序列,最后机器翻译出的全长或接近全长OBPs序列在以上三个物种分别为5、4、4条,共计13条。 对于昆虫CSP基因,在8个物种均预测到数量不同的基因。其中,在稻纵卷叶螟中预测到14条,在甜菜夜蛾中预测到21条,在小菜蛾有中8条,在二化螟中有10条,在三化螟中有12条,在烟粉虱中有7条、在灰飞虱中有11条,在马铃薯甲虫中有9条。8个物种共计92条可能的CSPs基因序列。经过机器翻译和去冗余和全长或接近全长序列筛选,在8个物种中共预测到52条全长或接近全长的昆虫CSPs同源基因。 将8个物种已报道的和预测得到OBPs、CSPs基因分别作进化分析,发现CSPs的C-Pattern相对于OBPs更保守一些。在OBPs进化树中,因昆虫目而聚类的趋势比较明显,表明这些基因大部分是在目分化之后出现的。而在CSPs进化树中,这一趋势并不十分明显。有一分支仅包括半翅目(Hemiptera)的CSPs,另一些分支是由鳞翅目(Lepidoptera) CSPs聚类而成的,部分分支中既包括鳞翅目(Lepidoptera)的CSPs也包括半翅目(Hemiptera)的CSPs基因。这一结果表明,相对于OBP而言,CSPs基因相对古老,其中部分CSP基因是在昆虫目进化之后分化而来的。 2)鱼尼丁受体基因 鱼尼丁受体(Ryanodine Receptor, RyR)是新一代二酰胺类杀虫剂的作用靶标,近年来大量用于水稻鳞翅目害虫的防治。利用转录组测序结果对农业害虫的RyRs进行基因发现和预测,可进一步研究鱼尼丁受体的功能、二酰胺类杀虫剂的作用方式、以及对二酰胺类杀虫剂的潜在抗性进行风险评估。 分别在稻纵卷叶螟、甜菜夜蛾、小菜蛾、二化螟、三化螟、烟粉虱、灰飞虱和马铃薯甲虫中预测到34、9、20、48、14、19、14、22条RyRs片段序列,共计150条。经过拼接后,分别得到33、9、10、18、9、18、9、22条较长的RyRs片段序列。将各物种的RyRs片段与已知全长的参考RyRs蛋白序列比对分析后,表明在稻纵卷叶螟、二化螟、烟粉虱和灰飞虱四个物种转录组中预测到的RyRs序列片段已占全长的85%以上。


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