科研 | BMC Genomic：转录组学研究长虹锥蝽触角的局部感觉调节 / 开普饭

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导读

背景：长虹锥蝽是研究昆虫感觉分子生物学的模式生物。基因表达调控是昆虫触觉的基础。然而，对感觉器官中与感觉相关的基因转录调控方面的知识还知之甚少。本文以R. prolixus 为模型演技昆虫触角感觉功能的遗传基础。结果：通过转录组测序，研究五龄幼虫及成虫的神经调节基因的表达情况。确定了该物种的新核受体和外显基因序列，以及参与神经肽和生物胺的生物合成和加工的酶的序列。结论：本文报道了R. prolixus触角中与神经调节和神经分泌相关的基因表达情况，并表明他们可以作为调节感觉神经元的基础。在触角发育的各个阶段，神经肽前体基因均一致表达。未来的研究可以专注于这些调节成分在触角感觉过程中的作用，以评估外围和中央调控系统对昆虫行为表达的贡献。

论文ID

原名：Transcriptomics supports local sensory regulation in the antenna of the kissing- bug Rhodnius prolixus

译名：转录组学研究长虹锥蝽触角的局部感觉调节

期刊：BMC Genomic

IF：3.501

发表时间：2020.1

通讯作者：Jose Manuel Latorre-Estivalis

通讯作者单位：Vector Behaviour and Pathogen Interaction Group, Instituto René Rachou – FIOCRUZ, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brazil

DOI号：https://doi.org/10.1186/s12864-020-6514-3

背景介绍

长虹锥蝽（Rhodnius prolixus）是近几十年来研究神经行为学的重要昆虫模型。其神经行为学和生理学的相关方面，如宿主气味介导的行为、昼夜节律调节、生物胺作用等均已得到了深入研究。最近，有关R.prolixux的感觉功能的分子过程已被鉴定，如气味受体基因的组织特异性表达。此外，也有研究专注于R.prolixux的神经肽前体基因和神经肽表达或释放在不同生理条件下的动态变化。基于目前对其行为和生理的认识，以及基因组序列的公布，R.prolixux已经成为研究昆虫神经行为学的模型。

昆虫触角是一种多模态感觉器官，用于检测与宿主、微环境特征和交流相关的各种刺激。感觉过程的生理基础位于受体神经元上，受体神经元表达特定的膜蛋白，赋予它们对环境刺激做出反应的能力。最近一项研究已经研究了R.prolixux触角的感觉受体编码基因和其他相关感觉功能。

昆虫对外部刺激反应取决于年龄、生理状态和经验。对不同种类昆虫进行触角和单感器记录表明，昆虫在感觉水平上具有高度的生理可塑性，这至少部分解释了进食和发育引起的行为变化。在分子水平上也有类似的变化，基因表达的改变与喂养或年龄有关。事实上，根据营养状况或发育程度的不同，基因表达也会发生变化。本研究的主要目的是一R.prolixux作为昆虫模型使用RNA-seq研究可能参与昆虫触角感觉功能局部调节的成分，此外，作者观察了5月龄幼虫和成年雌性和雄性触角的基因表达情况，来描述成虫蜕皮及性别有关的调控基因的表达情况。

结果

测序reads（PRJNA281760）和从头组装数据可从Latorre-Estivalis等人获得。本研究中，对五月龄幼虫和成虫进行转录组测序，分别得到51.5M，62.5M和62.8M的数据量。

1. 基因管理，重注释和鉴定新基因

1) 神经肽和神经激素前体基因

共鉴定到15个RproC3.3版本中没有的新基因。根据Sedra和Lange等人的研究对NPF和OK进行了修正。根据本次的转录组数据修改了RYa基因模型。除此之外，鉴定到了GPA2和GPB4。在转录本组装过程中鉴定到了AKH前体基因的新亚型，该转录本是通过选择性剪接产生的。尽管先前报道表明该转录本编码核心肽和单一间隔肽，但本研究结果表明该转录本编码核心肽和两个非保守间隔肽。

2) GPCRs

大部分与生物胺相关的GPCR基因模型都被编辑了。然而，很多基因模型都是不完整的。以A神经肽受体家族基因为例，Ons等人的研究共有15个基因模型与此有关，其中有11个在R.prolixux基因组的注释文件中。此外，该受体家族的11个基因模型发生了编辑。Hamoudi等人描述了CZ-R的两个转录本。然而，本次研究只鉴定到了α转录本。R.prolixux修正版基因组的注释文件中包含了大部分的B神经肽受体家族基因模型。

由于CT和CRF的DH受体序列高度相似，难以区分。所以作者构建了系统发育树。Zandawala等人研究了CT/DH受体：receptor1和receptor2，后者和果蝇黑素基因直系同源。CRF/DH-R1和CRF/DH-R2被归入了不同分支。

3) 生物胺合成酶

R.prolixux基因组中包含了所有已知的在其他昆虫中介导生物胺生物合成的酶，然而仍然需要进行一些修改。其中包括：酪氨酸-3-单氧酶，DOPA脱羧酶和酪氨酸脱羧酶-2。

4) 神经肽加工酶

R.prolixux基因组中没有鉴定到神经肽处理酶。本研究共识别到R.prolixux的9个推测直系同源物。神经肽处理酶主要包括：SP，弗林蛋白酶亚家族的3个成员，激素原转化酶2，羧肽酶MCP和PHM。

5) 核受体

到目前为止，Ecr是R.prolixux基因组中的核受体。根据D.melanogaster等人的研究，蜕皮激素诱导的蛋白75B基因共有两个转录本。本次研究鉴定到的为B型。根据本次研究并考虑前人研究，本次共鉴定到20个核受体基因。

2. 触角转录组分析

在幼虫vs 雌虫或幼虫vs雄虫中大量的调控基因差异表达。然而，雌虫vs雄虫之间差异表达水平并不明显。

1) 神经肽和神经前体基因

在R.prolixux基因组中有的44个神经肽前体基因中，其中有33个FPKM大于1，15个FPKM大于10。在触角中，AstCC,AstCCC,ITG-like和IDLSRF-like是表达量最高的神经肽基因（图1a）。编码AstCC的基因表达量最高，特别是在幼虫触角中。在成虫vs幼虫组中AstA和MIP显著低表达。

图1

2) GPCRs

在昆虫触角中大部分家族A神经肽受体基因表达。CCAP-R1,NPF-R1,ITP-RGPA2/GPB5-R和RFα-R是其中表达量最高的基因（图1b）。在雌虫中AKH-R的表达量显著下调。有趣的是，K-R2在成虫触角中显著高表达（图1b）。在家族B神经肽受体基因中，只有CT/DH-R2的FPKM小于1，有5个基因的表达量大于10。CT/DH-R1和CRF/DH-R2的表达趋势相似（图1b）。

3) 酪氨酸激酶和鸟苷环化酶受体

在R.prolixux触角中NPLP1-R和NP-R均表达。

4) 神经肽加工酶

除了促激素转化酶1外，所有参与神经肽加工的酶均在R.prolixux触角中表达，其在至少一个组织中表达量大于10。PHM,SP和CPM的表达量最高（图1c）。

5) 核受体基因

Eip75B，HNF4A，HR96和usp的表达量最高（图2）。在成虫中，HR3的表达量显著升高。相反的，HNF4B在成虫中的表达量明显低于在幼虫中的表达量。有六个核受体基因在本次测序中表达量低于1，分别为dsf,Eip78C,HR51,knrl2,tll和svp（图2）。

图2

结论

在昆虫触角中神经肽受体基因，GPCRs和核受体基因均表达。在幼虫触角和成虫触角中，这些基因在表达水平上均发生了变化，表明他们可能参与了调节与成虫感觉需要相关的生理反应。未来可以应用RNA-seq，蛋白质组学，原位杂交和功能遗传学实验研究这些基因是否也存在于其他昆虫的触角中，并揭示中央和外周调节系统之间的相互作用，以了解他们对昆虫触角感觉生理调节的贡献。

2 重磅综述 | Cell：非编码RNAs在肿瘤学中的作用（IF=36.216）

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