黑色素前体多巴和多巴胺培养后的中华按蚊蛹体壁结构特征及其转录组分析OA北大核心CSTPCD

【目的】筛选出促黑化条件下中华按蚊Anopheles sinensis蛹体壁中表达变化最显著的基因类群,并初步探究它们与黑色素前体累积及表皮结构特征间的相关性。【方法】在Grace’s昆虫细胞培养基中添加黑色素前体多巴(dopa)和多巴胺(dopamine),对化蛹20 min内中华按蚊体壁进行体外培养,对照组(CK)中不添加黑色素前体,培养16 h时利用体视显微镜观察黑色素前体处理组与对照组蛹体壁着色和表皮截面特征;通过Illumina测序平台对黑色素前体处理组与对照组蛹体壁进行转录组测序,对差异表达基因(different expression genes,DEGs)进行GO功能分类和KEGG通路富集分析;分析被显著富集的基因注释和染色体分布;利用qRT-PCR验证转录组数据。【结果】多巴和多巴胺处理组中华按蚊蛹体壁与表皮截面相比于CK明显黑化,且多巴处理组着色程度最深;多巴和多巴胺处理组中华按蚊蛹表皮相比于CK明显增厚,且增厚程度与黑化程度相关。多巴处理组vs CK与多巴胺处理组vs CK比较组的DEGs分别为2952和697个,且下调基因居多;这两类比较组间共有上调的DEGs有223个,共有下调的DEGs有347个。DEGs的GO功能注释结果表明,在上述比较组以及两比较组间共有的上调DEGs被显著富集到表皮结构组分(GO:0042302)。KEGG通路富集分析结果显示,多巴处理组vs CK比较组上调的DEGs被显著富集到剪切体通路,下调的DEGs被显著富集到Toll-Imd和Hippo信号通路;在多巴胺处理组vs CK比较组中下调DEGs被显著富集到自噬通路;这两比较组间共享的DEGs没有被显著被富集的通路;65个被富集的上调表皮蛋白基因来自于CPR,CPF,TWDL,CPLC和CPAP 5个家族,并分布于3条染色体,其中部分成员成簇分布。qRT-PCR结果显示,两比较组中所选择的共有上调的12个表皮蛋白基因的表达量与转录组数据一致。【结论】本研究在组学水平上证实了蚊虫体壁组织中黑色素的过量累积能够诱导大量表皮蛋白基因的显著上调表达,并使得其表皮结构特征发生改变。研究结果为后续探索黑色素前体对表皮结构基因的调控机制,以及理解昆虫表皮重要组分间的互作模式,对昆虫适应性状的影响提供了新的视角。