2018-03-07
简介
柑橘星天牛（CLB）是中国的一种破坏性的本地害虫，和大多数昆虫一样，CLB利用嗅觉识别挥发性线索，调节一系列行为，包括交配，觅食，产卵和寻找寄主。昆虫的化学感受器包括气味受体（ORs），味觉受体（GRs）和离子型受体（IRs），用于将昆虫与其化学环境相连接。本文中作者通过NGS测序组装了星天牛的触角转录组，得到了44938个unigenes，并通过GO和和蛋白质正交基团簇（COG）注释了它们的假定基因功能，鉴定到来自化学感应受体基因家族的74个推定的受体基因（包括53个OR，17个GR和4个IR）。使用RT-qPCR对星天牛雄性和雌性的触角，上颌骨和唇须以及其余身体部分上的这些受体进行表达模式分析。结果表明，23个ORs，6个GRs和1个IR显示出雄性偏见的表达谱，表明它们可能在感知雌性产生的性信息素中起重要作用；而8个ORs，5个GRs和1个IR显示雌性偏倚表达谱，表明这些受体可能参与某些雌性特异性行为，如产卵部位寻找。这些结果为深入理解CLB嗅觉处理机制打下了坚实的基础，与他化学感受受体的比较研究结果也助于在CLB中鉴定额外的信息素和/或宿主引诱剂。
研究对象：柑橘长角甲虫雄性和雌性触角
测序平台：Hiseq 4000
1． Unigenes组装及GO和KEGG注释分析
从CLB触角转录组中获得了89,311个转录本并从中筛选出44,938个unigenes。blast同源性分析显示与赤拟谷盗T. castaneum（55.6％）的具有最佳匹配，包括嗅觉基因的相当一部分基因可从从基因组数据中鉴定到。
GO和KO注释展示了一些最具代表性的子类别：结合是分子功能类别中最丰富的子类别，而信号转导是环境信息处理途径中最丰富的。这些unigenes可能在触角化学感受过程中的气味结合和转导活动中发挥重要作用。
图一 GO和KEGG功能注释
2． 假定化学感应受体基因的鉴定
嗅觉受体：CLB样本的转录组分析发现了53个假定的OR。其中，11个序列含有全长ORF，5个基因（AchiOR1，AchiOR24，AchiOR32，AchiOR43和AchiOR44）含有7个跨膜结构域。作者发现了一个OR基因（AchiOR1），与保守的其他昆虫Orco基因家族具有高度同源性，并将其命名为AchiOrco。52个假定的OR序列分为四个亚组（第1-3和7组），其中19个序列分配给第1组，18个序列分配到第2组，10个序列分配到第3组，5个序列分配到第7组。第7组进一步分为两组：第7a组和第7b组。剩余的三个亚组4-6仅包含T. castaneum序列。此外，6个序列（AchiOR22，AchiOR23，AchiOR26，AchiOR32，AchiOR34和AchiOR44）与来自M.caryae的信息素受体具有高度直系同源性。
图二 嗅觉受体基因系统进化树
味觉受体：生物信息学分析在CLB触角转录组中鉴定了17个假定的GRs。将来自星天牛的GR蛋白质序列和另外7种昆虫的用于构建系统发育树（图三）。在系统发育树中，基因分为“糖”，“果糖”，“苦”和“二氧化碳”GR功能。AchiGR1与已知的糖受体高度同源，AchiGR9与新型果糖糖受体高度同源，AchiGR6和AchiGR15与已知的苦味受体高度同源，AchiGR7与已知的二氧化碳受体高度同源。
图三 假定的味觉受体基因系统进化树
离子型受体：在合并的触角转录组中鉴定了四个假定的IRs。其中，IR基因AchiIR2和AchiIR3具有全长ORF，并且IR基因AchiIR4是唯一没有跨膜结构域的。根据对8种鞘翅目和黑腹果蝇物种的IR进行系统发育分析（图四），可将IR基因分为不同的亚组。AchiIR2与DponIR76b和DmelIR76b以高百分比同一性聚集，表明它属于IR76b组。此外，系统发育树将AchiIR3归入IR25a共同受体。
图四 离子型受体基因系统进化树
3． 假定的化学感受受体的组织和性别特异性表达
作者使用RT-qPCR确定了CLB触角，上颌触须，唇侧触及其余昆虫体内化学感应受体（53个OR，17个GR，4个IR）的表达模式。 41个假定的OR基因在大肠杆菌中表达
其中AchiOR2等8 OR序列的触角表达显着雌性化，AchiOR1等23个OR序列的触角表达显着偏向雄性，AchiOR7等10 OR序列在雌性和雄性触角中以相同或相似的水平表达。另外，AchiOR49在上颌骨中高度表达。AchiOR20，AchiOR28，AchiOR30和AchiOR47在雌性身体中的表达水平显着较高。最后，AchiOR41在两性的唇侧触高度表达。
17个GR基因中的11个在触角中表达显着更高的表达（图6）。 5个GRs（AchiGR5-6，AchiGR9和AchiGR14-15）的5个突变体表达显着偏向雌性，其余6个GR（AchiGR3，AchiGR7-8，AchiGR10，AchiGR12和AchiGR17）的触角表达显着偏向于雄性。AchiGR2在雌性唇侧的表达显着高于任何其他组织，而AchiGR13在雌性身体中表达最高。AchiGR11在雄性唇侧和雌性身体中高度表达。在所鉴定的四种IR中，AchiIR2在雌性触角中表达最高，而AchiIR4主要在雄性触角中表达，AchiIR1和AchiIR3在所有检测的组织中显示出相似的表达水平。
文献：
Sun L, Zhang YN, Qian JL ,et al.Identification and Expression Patterns of Anoplophorachinensis (Forster) Chemosensory Receptor Genes from the Antennal Transcriptome. Front Physiol. 2018 Feb 13;9:90.
