意大利工蜂不同行为表现下触角的转录组分析

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LJ619
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蜜蜂是社会性昆虫,通常蜜蜂按照日龄承担生理上最适宜的工作,工蜂羽化出房后的2-3周从事巢内工作,如哺育幼虫、造脾、酿蜜,此后转为巢外工作如采蜜、采粉和采水。嗅觉影响着蜜蜂交尾、哺育和采集等行为,对蜂群的繁衍和发展具有重要的作用。蜜蜂触角上分布着大量的嗅觉感觉器,能感知挥发性分子、气味和激素等,因此是蜜蜂重要的嗅觉器官。虽然有学者对工蜂、蜂王和雄蜂触角进行了大量的研究,为蜜蜂嗅觉机制的研究提供了基础,但嗅觉机制如何适应蜜蜂行为发育的分子机制尚未研究清楚。为研究嗅觉发育规律与行为发育的相互关系,以及与行为和发育相关的基因,收集意大利刚出房蜜蜂、10日龄哺育蜂和21日龄采集触角样品,然后利用RNA-Seq技术对这三个时期的触角进行测序。触角样品cDNA富集后,构建了 9个样品的cDNA文库。测序后对每个基因进行注释和比对。结果表明:9个样品的cDNA文库的碱基正确率(Q30)均大于93%;G与C碱基和A与T碱基也无分离现象,并且总匹配碱基(Total mapped reads)的比例都约为80%;同组样品文库之间的R2>0.92,表明测序质量可靠,且生物重复性好,可用于后续实验分析。采集和哺育是蜜蜂两种重要的行为,而刚出房蜜蜂、哺育蜂和采集蜂横跨三个不同时期,因此对三个不同时期蜜蜂触角转录组的差异基因分析具有重要的意义。蜜蜂触角转录组中,采集蜂和刚出房蜜蜂相比共有3688个差异基因,哺育蜂和刚出房蜜蜂相比共有1732个差异基因,采集蜂和哺育蜂相比有381个采集基因;说明触角在哺育时期已经发育得比较完全。有215个基因在刚出房、哺育期和采集期蜜蜂触角中持续变化表达,这些基因可能与触角发育有关。刚出房蜜蜂触角与哺育蜂和采集蜂的相比共有1583个显著差异的基因,而采集蜂触角与刚出房蜜蜂和哺育蜂的相比共有356个显著差异的基因,哺育蜂触角与刚出房蜜蜂和采集蜂的相比共有227个显著差异的基因。在这些差异基因中,有10个基因可能对蜜蜂哺育行为具有重要的作用,有38个基因可能对采集行为具有重要的作用。从10个哺育候选基因中选了 4个基因进行验证,结果表明GMXCO14、LOC413 723和LOC411021这3个基因与蜜蜂哺育行为密切相关。为研究嗅觉机制如何适应蜜蜂行为发育的分子机制,分析蜜蜂嗅觉相关蛋白基因的表达情况。意大利蜜蜂基因组中注释了 18个OBP(odorant binding protein)基因,其中有17个OBP基因在刚出房蜜蜂、哺育蜂和采集蜂的触角表达。OBP1在三个时期的蜜蜂触角表达量都最高,OBP2次之,而OBP3、OBP7、OBP13和OBP14的表达量低。OBP4、OBP15和OBP16,在刚出房、哺育和采集蜜蜂触角中持续上调表达。OBP17在哺育蜂触角中的表达量显著高于在刚出房和采集期蜜蜂触角中的表达量,而且这个基因在刚出房和采集期蜜蜂触角中的表达没有差异,表明该基因可能在哺育行为中发挥着重要的作用。蜜蜂中的6个CSP(chemosensory protein)基因都在触角中表达,其中CSP1的表达量最高,而CSP2和4在三个时期蜜蜂触角中的表达依次持续下调表达。蜜蜂触角中Or(olfactory receptor)基因在蜜蜂触角中低表达,约86%的OR基因的fpkm<10,只有OR2基因的fpkm>200。OR基因的表达比较稳定,在哺育蜂和采集蜂触角中的表达都没有差异。在蜜蜂三个时期触角气味降解酶中,Jhe、GstU1、CYP49A1和CYP343A1基因持续下调表达,而LOC409801、CYP9Q1、CYP6BD1和Cyp4g11与它们相反。通过对蜜蜂三个时期触角的转录组分析,筛选与蜜蜂哺育和采集行为相关的基因;全面分析行为发育时期嗅觉相关基因的表达差异,为嗅觉适应蜜蜂行为发育的分子机制提供有价值的理论基础。
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