基于单细胞转录组测序技术对白蚁孤雌卵和两性卵胚胎发育中的基因表达分析

基于单细胞转录组测序技术对白蚁孤雌卵和两性卵胚胎发育中的基因表达分析

论文摘要

尖唇散白蚁Reticulitermes aculabialis是我国已知的白蚁中唯一具有兼性孤雌生殖能力的白蚁种类,黄胸散白蚁R.flaviceps则不具有孤雌生殖能力。前期研究显示,尖唇散白蚁孤雌卵在排卵之后仍然可以继续进行胚胎的正常发育,而黄胸散白蚁孤雌卵则在排卵之后的3-5天左右开始出现发育缓慢现象,在第10天左右发育几乎完全停滞。本研究利用Illumina HiSeqTMM 2000平台对胚胎发育至第4天的黄胸散白蚁孤雌卵、黄胸散白蚁两性卵、尖唇散白蚁孤雌卵和尖唇散白蚁两性卵进行单细胞转录组测序分析。通过对尖唇散白蚁孤雌卵和两性卵以及黄胸散白蚁孤雌卵和两性卵之间的差异基因进行分析,找到影响尖唇散白蚁孤雌卵可以正常发育而黄胸散白蚁孤雌卵出现发育阻滞的基因,对这些调控基因利用实时荧光定量PCR技术进行基因表达水平的研究,同时分析其基因表达量的变化趋势,揭示影响白蚁孤雌生殖发生的原因。研究结果如下:(1)黄胸散白蚁孤雌卵和两性卵构成的转录组组装获得422213条unigenes。有123667条Unigenes被注释到数据库中,Nr数据库注释到122100条Unigenes;COG数据库注释到36805条Unigenes,涉及26个功能分类;Swissprot数据库注释到的Unigenes为48416条;KEGG数据库注释到11086条Unigenes,涉及43条生物通路;Go数据库注释到的Unigene分别涉及生物学过程、细胞成分及分子功能相关的共54种生理代谢功能。按照差异显著性标准(差异基因表达变化2倍以上且pvalue≤0.05)进行筛选,黄胸散白蚁孤雌卵和两性卵之间的差异基因个数为19153个,上调基因有484个,下调基因有18669个。(2)尖唇散白蚁孤雌卵和两性卵构成的转录组组装获得324454条unigenes。有62253条Unigenes被注释到数据库中,Nr数据库注释到61289条Unigenes;COG数据库注释到23507条Unigenes,涉及26个功能分类;Swissprot数据库注释到24808条Unigenes;KEGG数据库注释到的Unigenes为2354条,涉及42条生物通路;Go数据库注释到的Unigene分别涉及生物学过程、细胞成分及分子功能相关的共49种生理代谢功能。按照差异显著性标准(差异基因表达变化2倍以上且pvalue≤0.05)进行筛选,尖唇散白蚁孤雌卵和两性卵之间的差异基因个数为937个,上调基因有710个,下调基因有277个。(3)对实时荧光定量PCR的结果进行分析,我们发现在胚胎发育至第四天的黄胸散白蚁孤雌卵(RfFFegg-4)、黄胸散白蚁两性卵(RfFMegg-4)、尖唇散白蚁孤雌卵(RaFFegg-4)和尖唇散白蚁两性卵(RaFMegg-4)中。cdk2在各组间的表达量均无显著性差异。cpeb除了在RaFFegg-4中的表达量水平显著高于在RfFMegg-4中外(P<0.05),其余各组之间亦均无显著性差异。pka、map2k1、mapk1/3、hgk、mkp和pax6在RaFFegg-4中的表达水平显著高于RfFFegg-4(P<0.05)。pka、map2k1、mapk1/3和hgk在RfFMegg-4中的表达水平显著高于RfFFegg-4(P<0.05)。pax6和mkp在RfFMegg-4和RfFFegg-4之间无显著性差异。由此推测表达显著性差异的基因可能参与调控了白蚁卵的胚胎发育以及孤雌生殖的发生。(4)在RfFMegg、RaFFegg和RaFMegg胚胎发育的5个时期中,cdk2、pka、map2k1、mapk1/3、hgk和mkp在卵胚胎发育至第二天时基因表达量达到最大并继续保持较高水平的表达量,或者在卵胚胎发育至第四天时基因表达量达到最大,在第四天后基因表达量都开始逐渐下降。在RfFFegg胚胎发育的5个时期中,cdk2、pka、map2k1、mapk1/3、hgk和mkp在卵刚刚产出的时候基因表达量就已经达到最大或者在卵胚胎发育至第二天时基因表达量达到最大,在第二天后基因表达量都开始下降。由此可以推测,黄胸散白蚁孤雌卵在排卵后的3-5天开始出现发育迟缓的现象有可能就是因为cdk2、pka、map2k1、mapk1/3、hgk和mkp在黄胸散白蚁孤雌卵胚胎发育至第二天后,基因表达量下降而导致的。对于其具体的作用机制,有待进行更深入的研究。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 白蚁的品级分化
  •     1.1.1 生殖品级
  •     1.1.2 非生殖品级
  •   1.2 白蚁的交配繁殖行为
  •     1.2.1 分飞与建巢
  •     1.2.2 交配-两性生殖
  •     1.2.3 孤雌生殖
  •   1.3 白蚁的卵及其胚胎发育
  •     1.3.1 白蚁的卵
  •     1.3.2 白蚁卵的胚胎发育
  •   1.4 胚胎发育的基因表达与调控
  •   1.5 高通量测序技术及其研究
  •     1.5.1 高通量测序技术的简介
  •     1.5.2 高通量测序技术在昆虫中的应用
  •     1.5.3 高通量测序技术在白蚁中的应用
  •   1.6 研究目的与意义
  •   1.7 技术路线
  • 第二章 白蚁孤雌卵和两性卵的单细胞转录组测序分析
  •   2.1 材料与方法
  •     2.1.1 散白蚁的采集
  •     2.1.2 卵的收集
  •     2.1.3 样品的处理、存储与寄送
  •     2.1.4 转录组denovo测序流程
  •     2.1.5 生物信息分析流程
  •   2.2 黄胸散白蚁两性卵和孤雌卵的单细胞转录组测序结果与分析
  •     2.2.1 原始数据的处理与过滤
  •     2.2.2 转录组组装结果分析
  •     2.2.3 Unigene注释
  •     2.2.4 SSR分析
  •     2.2.5 差异表达基因分析
  •   2.3 尖唇散白蚁两性卵和孤雌卵的单细胞转录组测序结果与分析
  •     2.3.1 原始数据的处理与过滤
  •     2.3.2 转录组组装结果分析
  •     2.3.3 Unigene注释
  •     2.3.4 SSR分析
  •     2.3.5 差异表达基因分析
  •   2.4 讨论
  •     2.4.1 转录组组装结果分析
  •     2.4.2 转录组测序结果分析
  •     2.4.3 差异基因表达分析
  •     2.4.4 胚胎发育相关基因的筛选
  •   2.5 结论
  • 第三章 胚胎发育相关基因的表达水平和表达趋势分析
  •   3.1 材料与方法
  •     3.1.1 散白蚁的采集
  •     3.1.2 各时期卵的收集与处理
  •     3.1.3 总RNA的提取
  •     3.1.4 总RNA样品质量检测
  •     3.1.5 c DNA文库的构建
  •     3.1.6 引物的设计与筛选
  •     3.1.7 最适退火温度的确定
  •     3.1.8 实时荧光定量PCR
  •   3.2 结果与分析
  •     3.2.1 荧光定量PCR结果分析
  •     3.2.2 胚胎发育相关基因在孤雌卵和两性卵中的表达量水平比较研究
  •     3.2.3 黄胸散白蚁两性卵中胚胎发育相关基因的表达量变化趋势
  •     3.2.4 黄胸散白蚁孤雌卵中胚胎发育相关基因的表达量变化趋势
  •     3.2.5 尖唇散白蚁两性卵中胚胎发育相关基因的表达量变化趋势
  •     3.2.6 尖唇散白蚁孤雌卵中胚胎发育相关基因的表达量变化趋势
  •   3.3 讨论
  •   3.4 结论
  • 第四章 全文总结
  • 参考文献
  • 攻读硕士期间取得的研究成果
  • 致谢
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张敏

    导师: 邢连喜

    关键词: 白蚁,孤雌卵,单细胞转录组测序,胚胎发育,基因表达

    来源: 西北大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 生物学

    单位: 西北大学

    分类号: Q963

    DOI: 10.27405/d.cnki.gxbdu.2019.000120

    总页数: 88

    文件大小: 6255K

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