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 20C、25C、30C ,

2、25 C 是最适温度，其中20C是低适温,30 C是高温；蛹期换温设置为20-25 C、25-20 C、25-30 C。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-M取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

3、命策略 , 取得的主要结果如下 :1. 恒 温和蛹期换温条件下的生命表研究 20 C和20-25 C处理下3龄前幼虫 存活率较低(分别是63.0%和70.1%),30 C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。25C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20C低适温或30C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

4、虫产卵前期长于其它季节。 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 C相对25C 处理333个基因下调,1588个基因上调;30 C处理相对于25C处理 1096

5、个基因下调,875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 30C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30C时上调。属于clan 3的细胞色素P450单加氧酶基因（CYPs）在20C时上调，而参与 蜕皮激素合成的2个CYP在30C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 unig

6、ene 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KEG(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、脂肪代谢、 氨基酸代谢、 异源物质

7、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初夏个体， 多