东亚飞蝗中枢神经系统和免疫系统基因表达分析

论文摘要

蝗虫的神经系统和免疫系统在昆虫生理过程中发挥着重要的作用。神经系统直接控制其发育、生长、繁殖、相变等生理过程；昆虫所特有的免疫系统使得蝗虫在对病原体的防御上表现出了与脊椎动物较大差异的生理、病理差别。对蝗虫神经系统和免疫系统的分子水平研究不但有利于对昆虫各种生理、病理过程的理解，更有利于宿主与病原微生物相互作用过程的阐述。同时，蝗虫神经系统相关蛋白是重要的杀虫靶标，对蝗虫神经系统基因的研究有利于更高效的杀虫靶标的筛选；蝗虫等农业害虫在进化过程中形成了强大的防御系统，能够限制农药的致死效果，对蝗虫免疫防卫反应过程的研究有利于优化农药杀虫策略。目前东亚飞蝗神经系统和免疫系统可供使用的基因资源较少，并且缺乏专门针对昆虫防御反应的基因信息，这严重阻碍了对蝗虫神经系统、免疫系统及其相关生理、病理过程的研究。因此，建立神经系统特异性基因数据库和蝗虫防御反应差异表达基因数据库具有十分重要的价值。本研究以脑组织和腹神经索为研究材料，应用全表达谱测序技术，得到了大量神经系统测序基因，其中包含大量神经相关基因；以侵染前后的血细胞和脂肪体为材料，应用全表达谱测序技术和生物信息学技术得到了血细胞和脂肪体在绿僵菌侵染过程中的差异表达基因。主要研究成果如下：1.首次得到了代表性较高的东亚飞蝗中枢神经系统的转录组信息。通过拼接等生物信息学处理得到Unigene41179条，平均长度为570bp，其中5,519条序列长度大于1000bp。经过比对，得到与已有数据库存在明显相似性的序列15,895条，占所有序列条数的38.6%。其中，与神经系统相关的Unigene644条。2.本研究首次筛选了东亚飞蝗病原真菌诱导的免疫系统差异表达基因。经绿僵菌诱导后，脂肪体中得到了差异表达Unigene14,574条，其中上调表达的Unigene10,119条，下调表达的Unigene4,455条；血细胞中筛选得到的差异表达Unigene4,823条，其中上调表达的Unigene2,039条，下调表达的Unigene2,784条。3.对差异表达基因进行分析并参考前人研究，得到大量差异倍数较大的Unigene基因，其中一些基因编码免疫反应相关蛋白，编码产物包括转录因子、信号转导蛋白、细胞因子、细胞凋亡相关蛋白、免疫通路相关蛋白及抗菌活性相关蛋白等；另外得到大量差异倍数在十倍以上的基因，之前未有文献报道称与防卫反应相关，甚至包括大量在已知数据库中没有注释信息的基因。4.首次发现了神经系统相关基因在东亚飞蝗防御病原真菌过程中高表达，包括电压门控通道蛋白基因和神经递质受体蛋白基因，证明蝗虫的防卫反应同样涉及神经系统的参与。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及研究进展
• 1.2.1 昆虫神经系统及神经系统调控的昆虫相变现象
• 1.2.2 昆虫神经系统与杀虫剂
• 1.2.3 昆虫特殊的免疫防卫系统
• 1.2.4 蝗虫神经系统和免疫系统研究进展
• 1.2.5 高通量测序技术原理及其应用
• 1.3 研究目的
• 1.4 主要研究内容
• 1.5 技术路线
• 1.6 本研究的创新之处
• 2 材料与方法
• 2.1 材料
• 2.1.1 供试昆虫
• 2.1.2 主要仪器设备
• 2.1.3 主要试剂
• 2.1.4 主要溶液配制
• 2.2 东亚飞蝗中枢神经系统转录组分析
• 2.2.1 中枢神经系统组织的分离
• 2.2.2 东亚飞蝗中枢神经系统总 RNA 的提取与质量测定
• 2.2.3 东亚飞蝗神经系统转录组高通量测序、注释及序列分析
• 2.3 东亚飞蝗免疫系统转录组分析
• 2.3.1 绿僵菌孢悬液的制备与东亚飞蝗的侵染
• 2.3.2 免疫系统组织的分离
• 2.3.3 东亚飞蝗免疫系统总 RNA 提取
• 2.3.4 东亚飞蝗免疫系统转录组高通量测序、注释及差异基因筛选
• 3 结果与分析
• 3.1 RNA 样品及测序质量评价
• 3.1.1 总 RNA 质量检测
• 3.1.2 测序质量评定
• 3.1.3 东亚飞蝗中枢神经系统 Unigene 注释
• 3.1.4 神经系统 Unigene 同源序列物种来源分析
• 3.1.5 神经系统 Unigene GO 注释与 NCBI 非中枢神经系统测序结果比较
• 3.1.6 东亚飞蝗中枢神经系统特异性基因
• 3.1.7 绿僵菌诱导的东亚飞蝗免疫系统差异表达基因筛选
• 3.1.8 东亚飞蝗免疫系统差异基因的 NR 和 Swiss-Pro 注释
• 3.1.9 东亚飞蝗免疫系统差异基因的 KEGG 注释
• 3.1.10 免疫系统差异基因的 GO 注释
• 4 讨论
• 4.1 东亚飞蝗神经系统测序质量及神经系统特异性基因分析
• 4.1.1 东亚飞蝗神经系统测序质量
• 4.1.2 神经系统特异基因的代表性
• 4.1.3 东亚飞蝗神经系统特异性基因分析
• 4.2 绿僵菌诱导的东亚飞蝗免疫系统差异表达基因筛选过程中侵染时间的确定
• 4.3 东亚飞蝗虫生病原真菌诱导的差异表达基因分析
• 4.4 东亚飞蝗神经系统和免疫系统的交互作用
• 5 结论及后续工作建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录