基于转录组和代谢组的意大利蜜蜂对新烟碱类杀虫剂的应答反应研究

来源 :安徽农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:cmccetehi
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蜜蜂是重要的社会性经济昆虫,它们不仅能够提供丰富多样的蜂产品,而且还在为农作物和野生植物的授粉服务以及维持生态系统多样性方面扮演着举足轻重的作用。近几十年来蜜蜂种群的不断下降越来越引起了全世界的关注,虽然引起这一现象的具体原因还未可知,不过很多学者表示可能与农业生产中杀虫剂的使用关系密切。新烟碱类杀虫剂是目前应用量最大的杀虫剂之一,被广泛用于各种蜜源植物害虫的防治。迄今已经有大量研究从生存、生理和行为等方面探究了新烟碱类杀虫剂对蜜蜂健康的危害,但是分子水平的研究却很匮乏。在本研究中,以两种常用新烟碱类杀虫剂噻虫嗪和噻虫啉为供试药剂,意大利蜜蜂为试验对象,主要从转录水平和代谢水平探究了蜜蜂对新烟碱类杀虫剂的应答反应,为深入了解和探究蜜蜂与这类杀虫剂之间互作的分子机制提供一定的理论基础。取得的具体结果如下:(1)利用RNA-seq技术检测了0.01 mg/L噻虫嗪曝露对蜜蜂转录组的影响;此外还利用ds RNA介导的RNA干扰技术探究了沉默细胞色素P450基因Cyp6as5后蜜蜂对噻虫嗪敏感性变化。RNA-seq结果显示蜜蜂在受到噻虫嗪胁迫后,其体内共有609个基因表达发生了显著变化(Q<0.05),其中225个基因能够被噻虫嗪诱导上调表达,而另外384个基因的表达则受到抑制,很多与蜜蜂免疫、记忆、化学感受和解毒等功能相关。选取了10个差异基因进行荧光定量PCR验证,得到的结果与测序结果是一致的。GO富集分析结果显示这些差异基因主要参与了蜜蜂体内的翻译、生物合成和代谢等过程,而KEGG通路分析表明噻虫嗪能够显著影响蜜蜂的核糖体、氧化磷酸化、酪氨酸代谢、药物代谢以及戊糖和葡萄糖醛酸盐的相互转化等生物学进程(Q<0.05)。RNAi结合生物测定结果显示抑制Cyp6as5的表达能够显著增加噻虫嗪处理后蜜蜂的死亡率(P<0.05),这表明该基因可能参与蜜蜂体内噻虫嗪的解毒代谢。(2)利用s RNA-seq技术探究了0.01 mg/L噻虫嗪曝露对蜜蜂mi RNA表达的影响。结果显示共有7种成熟mi RNAs的表达在蜜蜂受到噻虫嗪胁迫后发生了显著变化(Q<0.01,|log2(差异倍数)|>1),其中ame-mi R-124、ame-mi R-971、amemi R-981和ame-mi R-6038能够被噻虫嗪诱导上调表达,而ame-mi R-279b、ame-mi R-3791和ame-mi R-6051的表达则受到抑制。对这7种差异mi RNAs进行了荧光定量PCR验证,结果基本与测序结果一致。对差异mi RNAs进行靶标基因预测,结果发现很多靶基因与蜜蜂的行为发育、免疫和神经功能相关。GO富集分析结果显示靶基因主要参与蜜蜂体内的细胞结构和细胞生物调节等功能。KEGG通路分析结果表明靶基因参与了111条代谢通路,其中内吞作用是富集强度最大的。(3)利用基于LC-MS和GC-MS的非靶标代谢组学技术探究了2 mg/L噻虫啉曝露后蜜蜂头部代谢物的表达变化。结果显示,噻虫啉曝露后蜜蜂中共有115种代谢物表达发生了显著变化(VIP>1,P<0.05),其中超过70%的差异代谢物(83种)能够被噻虫啉诱导上调表达。差异代谢物生物功能分析结果显示噻虫啉可能会阻碍蜜蜂脑部神经功能而损害其学习和行为发育,而蜜蜂则可能通过加快新陈代谢并激活谷胱甘肽代谢通路应对该杀虫剂的胁迫。
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