朱砂叶螨和二斑叶螨类胡萝卜素成分比例差异及其机制初步分析

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长期以来,朱砂叶螨与二斑叶螨的分类学地位一直存在争议。根据二者体色上的差异,国内外部分专家将朱砂叶螨称为“红色型二斑叶螨”,而将二斑叶螨称为“绿色型二斑叶螨”。但到目前为止,二者体色差异的成分及其形成机制并不明确。为了探究朱砂叶螨和二斑叶螨红绿色型的成分差异及其形成的分子机制,本研究使用非靶向代谢组和高效液相色谱(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)技术对二者体内的类胡萝卜素进行定性定量分析,明确了二者的类胡萝卜素成分及其含量差异;再通过高通量测序技术,对二者的类胡萝卜素合成代谢相关基因的差异表达情况进行分析;最后通过RNA干扰(RNA interference,RNAi)技术探讨二者体色差异的形成机制,主要研究结果如下:1.类胡萝卜素成分鉴定及含量测定。使用非靶向代谢组和HPLC技术对叶螨体内的类胡萝卜素进行鉴定和验证,结果显示朱砂叶螨和二斑叶螨都含有13种类胡萝卜素,表明二者体内的类胡萝卜素种类不存在差异;朱砂叶螨中类胡萝卜素的总含量高于二斑叶螨,且5种差异类胡萝卜素(新黄质,虾青素,γ-胡萝卜素,β-胡萝卜素和γ-胡萝卜素)在朱砂叶螨中的含量均高于二斑叶螨。此外,β-胡萝卜素在二者体内的含量都是最高的。为了进一步确认该结果,对3种红色型害螨(室内饲养朱砂叶螨,柑橘全爪螨和截形叶螨)进行HPLC检测验证,同样发现这3种红色型害螨的类胡萝卜素总含量都高于二斑叶螨,且5种类胡萝卜素在3种红色型害螨的含量均高于二斑叶螨。该研究结果暗示着朱砂叶螨呈红色可能是由于其体内累积的类胡萝卜素总量高于二斑叶螨。2.类胡萝卜素合成代谢相关差异基因筛选及分析。对朱砂叶螨和二斑叶螨进行转录组测序,结果显示二者之间存在4079条差异表达基因。基因功能注释结果分析获得了12条类胡萝卜素合成代谢相关的差异基因;使用实时荧光定量PCR(Real time quantitative PCR,RT-q PCR)对这12条差异基因进行表达量验证,最终确认2条基因(SDR,PSLC)在朱砂叶螨成螨高表达,另外8条基因(β-UGT,UGT,PPs,CYP385C4,Caa X PPR,PLAT10,PLAT11,PDs)在二斑叶螨成螨高表达,其余2条基因(KST,RDH2)在二者之间的表达量无显著差异。将朱砂叶螨和二斑叶螨中10条差异表达基因进行序列比对,发现它们在二者中的核苷酸相似度均在88%以上,蛋白序列信息(氨基酸个数,相对分子质量,理论等电点)的差异极小,暗示着这些基因在二者中的生理功能可能不存在差异。这些基因在叶螨不同发育阶段的m RNA表达水平检测结果显示,朱砂叶螨高表达的SDR、PSLC在不同发育阶段的表达量无明显规律,若Ⅰ阶段时,SDR在朱砂的表达量低于二斑叶螨,若Ⅱ阶段时,PSLC在朱砂的表达量高于二斑叶螨;二斑叶螨高表达的8条基因在不同发育阶段的表达量均高于朱砂,差异倍数在几到几万之间,暗示这些基因的差异表达可能与两种叶螨体色差异密切相关。3.类胡萝卜素合成代谢相关差异基因功能验证。根据不同的序列长度和特性,设计si RNA或ds RNA片段对这10条差异表达基因进行RNAi实验以验证其在类胡萝卜素合成代谢及两种叶螨体色差异中的功能,RT-q PCR检测显示这些基因沉默效率分布在30%-95%之间。在确认目的基因被成功抑制后,采用HPLC技术对6种差异类胡萝卜素的含量变化进行测定,结果显示7条基因(PSLC,PDs,PLAT10,PLAT11,CYP385C4,β-UGT,UGT)被抑制后均引起了叶螨体内类胡萝卜素含量的变化,其中PSLC降低了γ-胡萝卜素的含量;PDs,CYP385C4,PLAT10,PLAT11升高了β-胡萝卜素,γ-胡萝卜素的含量;UGT,β-UGT升高了α-胡萝卜素,β-胡萝卜素,γ-胡萝卜素的含量,证明这些基因与叶螨体内类胡萝卜素的合成代谢相关。由于β-UGT,UGT同时影响α-胡萝卜素,β-胡萝卜素,γ-胡萝卜素的含量,随后我们选择这2条基因对二斑叶螨进行表型功能验证。显微注射两条基因的si RNA和ds RNA的混合物,在2天后的观察中,发现二斑叶螨体色明显变黄,表明β-UGT和UGT表达下调可使二斑叶螨体色加深。以上研究表明,朱砂叶螨和二斑叶螨体色差异的原因可能与二者体内的类胡萝卜素的含量存在差异有关,与种类无关;而这种色素差异形成的机制是类胡萝卜素合成代谢相关基因在两种叶螨之间的差异表达,导致其对类胡萝卜素的累积能力不同。
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