恒温和自然变温条件下的粘虫生命表、转录组、代谢组分析

1、恒温和自然变温条件下的粘虫生命表、转录组、代谢组分析粘虫 Mythimna separata(Walker)是东亚地区重要的迁飞性害虫。温度变化对其季节性分布起决定性作用。前人研究了恒温对粘虫生长发育和繁殖参数的影响, 但影响粘虫生命策略的的因素不局限于温度的绝对值 , 还与温度变化趋势具有密切关系。自然界存在温度的昼夜变化和季节变化 , 已有研究表明昆虫在室内恒温和相同平均温度的昼夜变温条件下的发育速率不同, 因此有必要研究变温对粘虫的影响。本论文基于发育阶段 - 两性生命表研究了恒温、蛹期换温、自然变温对粘虫种群生命表参数的影响。恒温设置为 20、 25、30,25 是最适温度 , 其中

2、20是低适温 ,30 是高温 ; 蛹期换温设置为20-25 、25-20 、25-30 。自然变温试验时间设置为2018 年 4 月15 日至 10 月 17 日, 处于春季、初夏、盛夏、秋季的的4 个时段 , 与粘虫在陕西关中地区粘虫一年发生4 代, 各代主要发生时间基本吻合。选择 3 组恒温和 4 组自然变温条件下与生命表试验试虫同批饲养的的2 日龄成虫进行转录组测序, 获得不同环境下粘虫的基因表达模式。利用 LC-MS技术对初夏和秋季自然变温条件下的 2 日龄成虫进行代谢组检测 , 寻找粘虫响应自然变温的生物标记物 , 从代谢的角度解释粘虫在不同季节所表现出的不同生命策略 , 取得的主要

3、结果如下 :1. 恒温和蛹期换温条件下的生命表研究20和 20-25 处理下 3 龄前幼虫存活率较低 ( 分别是 63.0%和 70.1%),30 处理下蛹期存活率极低(20.6%) 。随温度上升整体上各发育阶段历期缩短。25时成虫产卵前期 (APOP)最短 (2.69 d),化蛹前、或化蛹后、或整个发育阶段经历20低适温或 30高温都会延长成虫产卵前期、降低单雌产卵量、净增殖率和内禀增长率 , 且影响幅度与非最适温度下粘虫所处的发育阶段有关。2. 不同季节自然变温条件下的生命表研究初夏和盛夏粘虫未成熟期显著短于春季和秋季。盛夏 5 龄、 6 龄、蛹期死亡率高。秋季成虫产卵前期长于其它季节。

4、春季和初夏雌虫繁殖力显著强于盛夏和秋季。初夏种群内禀增长率和周限增长率最高 , 春季种群次之 , 盛夏种群最低 ; 秋季种群净增殖率低于春季和初夏, 高于盛夏。3. 不同恒温条件下的成虫转录组分析转录组结果原始文件经质控、拼接组装、去冗余后共得到 102078 个转录本。注释后 22911 个基因注释到 NR数据库,13465 个基因注释到 Uniprot/Swiss-Prot数据库 ,22922 个基因注释到 Uniprot_ref90 数据库。差异表达分析结果显示 ,20 相对 25 处理 333 个基因下调 ,1588 个基因上调 ;30 处理相对于 25处理 1096 个基因下调 ,8

5、75 个基因上调。差异表达基因的 GO富集和 KEGG 代谢通路富集结果显示 , 大量差异基因和糖代谢、能量代谢、异源物质代谢有关。处于糖酵解 / 糖异生、三羧酸循环、氧化磷酸化通路中的大量基因和肌原纤维合成相关基因在 30条件下下调 , 多种热激蛋白基因、泛素介导的蛋白水解酶系统中的基因在 30时上调。属于 clan 3 的细胞色素 P450单加氧酶基因 (CYPs)在 20时上调 , 而参与蜕皮激素合成的 2 个 CYP在 30时上调。 4. 不同季节自然变温条件下的成虫转录组分析转录组结果原始文件经质控、 拼接组装、去冗余后共得到得到 272266 个转录本。注释后共 82182 个 u

6、nigene 注释到NR数据库 ,43547 个 unigene 注释到 Uniprot/Swiss-Prot数据库,83662 个 unigene 注释到 Uniprot_ref90数据库 ,50739 个基因具有 GO注释 ,13536 个基因具有 KEGG注释。差异表达分析表明 , 不同季节成虫基因表达模式差异明显 , 其中春季组相对于盛夏组差异表达基因最多 , 共 3846 个基因下调 ,2288 个基因上调 ; 初夏组相对于秋季组差异基因最少 , 共 610 个基因下调 ,842 个基因上调。差异基因 GO富集和 KEGG代谢通路富集结果显示 , 大量差异表达基因和糖代谢、 能量代谢

7、、脂肪代谢、氨基酸代谢、异源物质代谢有关。 糖酵解 / 糖异生、三羧酸循环、磷酸戊糖途径代谢通路中的大量基因在春季个体中表达量最高 , 在初夏和盛夏个体中表达量较低。氧化磷酸化通路中大量基因 , 以及脂肪代谢基因在春季和秋季个体中表达量较高 , 在初夏和盛夏个体中表达量较低。 一些热激蛋白和蛋白水解酶类基因在初夏和盛夏个体中表达量较高 , 在春季和秋季个体中表达量较低。 5. 基于 LC-MS的初夏和秋季自然变温条件下成虫非靶向代谢组分析 PCA分析和PLS-DA分析显示出代谢组样品重复性良好。正离子模式下共鉴定出 12396 个代谢物“峰 (features) ”, 其中秋季相对于初夏个体有 1683 个下调“峰”,1311 个上调“峰”; 负离子模式下共鉴定出 6679 个“峰”,秋季相对于初夏个体有 1061 个下调“峰” ,635 个上调“峰”。结合“峰”在 METLIN数据库的注释结果 , 发现秋季个体相对于