【摘要】：棉鈴蟲Helicoverpa armigera屬鱗翅目Lepidoptera夜蛾科Noctuidae,是一種世界范圍內(nèi)的重大農(nóng)業(yè)害蟲,其寄主范圍廣泛,目前已報(bào)道的寄主達(dá)300多種,涉及60多個(gè)科。多食性是棉鈴蟲在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中為害嚴(yán)重的主要因素之一。近年來,測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)發(fā)展勢(shì)頭迅猛,使基因組學(xué)研究手段得以大規(guī)模應(yīng)用于昆蟲學(xué)領(lǐng)域。同時(shí)棉鈴蟲分子生物學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究成果的大量積累,為棉鈴蟲基因組學(xué)研究的開展奠定了良好基礎(chǔ)。本研究首先利用流式細(xì)胞術(shù)測(cè)定了棉鈴蟲及其近緣種煙青蟲的基因組大小;隨后對(duì)棉鈴蟲幼蟲的中腸、脂肪體和成蟲的觸角開展了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,并將測(cè)序數(shù)據(jù)與已公開的棉鈴蟲轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)進(jìn)行混合組裝,得到了棉鈴蟲融合轉(zhuǎn)錄組;第三,運(yùn)用二代和三代測(cè)序技術(shù)對(duì)棉鈴蟲進(jìn)行了全基因組測(cè)序,獲得了棉鈴蟲基因組;最后,鑒定了棉鈴蟲基因組中與食性相關(guān)的基因家族,并通過與專食性的家蠶和煙草天蛾的比較基因組學(xué)分析,闡述了棉鈴蟲相關(guān)基因家族的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系及其多食性的分子機(jī)制,為揭示棉鈴蟲爆發(fā)致災(zāi)機(jī)理、開發(fā)新型防控策略提供了理論參考。全文主要結(jié)果如下:1.流式細(xì)胞術(shù)的測(cè)定結(jié)果表明,果蠅頭部組織和棉鈴蟲六種組織(頭部、血淋巴、唾液腺、精巢、中腸和馬氏管)細(xì)胞中普遍存在核內(nèi)多倍化的現(xiàn)象,其細(xì)胞核的DNA倍性組成有三種不同模式:細(xì)胞核數(shù)目隨著核內(nèi)DNA復(fù)制倍數(shù)的提高而逐漸減少(果蠅頭部、棉鈴蟲頭部、唾液腺、馬氏管)、逐漸增加(棉鈴蟲血淋巴)或先增加而后急劇下降(棉鈴蟲精巢、中腸)。棉鈴蟲不同組織的C值測(cè)定結(jié)果之間有顯著差異,這表明選取合適材料對(duì)基因組大小的估測(cè)至關(guān)重要。綜合考慮結(jié)果誤差及組織一致性的因素,我們選擇幼蟲頭部用于后續(xù)基因組大小的估測(cè)。經(jīng)測(cè)定,棉鈴蟲和煙青蟲基因組大小的估測(cè)結(jié)果為分別為394 Mb和430 Mb。在鈴夜蛾屬的演化末端,其物種的基因組大小逐漸收縮,而寄主范圍則有擴(kuò)大的趨勢(shì)。2.對(duì)棉鈴蟲寄主選擇(成蟲觸角)和解毒代謝(幼蟲中腸、脂肪體)功能相關(guān)的組織開展了轉(zhuǎn)錄組測(cè)序,將測(cè)序數(shù)據(jù)與已公布的棉鈴蟲17個(gè)轉(zhuǎn)錄組及30532條EST序列(時(shí)間截至2015年10月)進(jìn)行混合組裝,構(gòu)建了一個(gè)178.4 Mb大小的棉鈴蟲融合轉(zhuǎn)錄組,其中包含129027條轉(zhuǎn)錄本,N50達(dá)到3016 bp,經(jīng)聚類得到53881條unigene。核心數(shù)據(jù)的對(duì)比結(jié)果表明融合轉(zhuǎn)錄組在信息量、組裝質(zhì)量和完整性等方面得到顯著提升。3.通過二代與三代聯(lián)合測(cè)序的策略對(duì)棉鈴蟲進(jìn)行了全基因組測(cè)序,經(jīng)組裝得到1776條scaffold,總大小為402 Mb,scaffold N50達(dá)到497.2 kb,基因組內(nèi)GC含量36.5%,重復(fù)序列的比例為22.2%,通過注釋得到了20398條蛋白編碼基因。質(zhì)量評(píng)估結(jié)果顯示,該棉鈴蟲基因組對(duì)轉(zhuǎn)錄組和節(jié)肢動(dòng)物單拷貝基因的覆蓋度均達(dá)到92%,表明基因組的組裝較為完整。4.通過人工注釋,在棉鈴蟲基因組中鑒定了涉及化學(xué)感受和解毒代謝功能的基因家族成員,化學(xué)感受類包括44個(gè)氣味結(jié)合蛋白、35個(gè)化學(xué)感受蛋白、80個(gè)氣味受體、33個(gè)離子受體、4個(gè)神經(jīng)元膜蛋白和185個(gè)味覺受體,解毒代謝類包括112個(gè)細(xì)胞色素P450、92個(gè)酯酶、50個(gè)谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶和64個(gè)ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。與專食性的家蠶和煙草天蛾的比較基因組學(xué)分析和系統(tǒng)進(jìn)化分析表明,棉鈴蟲味覺受體中的苦味受體、細(xì)胞色素P450的Clan3和Clan4、E類酯酶、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶的Epsilon亞家族以及ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的ABCC和ABCG亞家族顯著擴(kuò)張,且家族內(nèi)的成員存在串聯(lián)復(fù)制的現(xiàn)象�；瘜W(xué)感受類和解毒代謝類基因家族在基因組層面的種系特異性擴(kuò)張,從一定程度上解釋了棉鈴蟲寄主范圍廣泛的生物學(xué)特性,有助于其多食性生存策略的演化和形成。
【圖文】：

基因組學(xué)研究的一般流程

DNA測(cè)序技術(shù)的發(fā)展歷程
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S433.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2598601