比较转录组分析揭示若虫期拥挤效应诱导的

棉蚜翅非遗传多型性潜在分子机制

摘要：棉蚜为世界性害虫，其通过刺吸植物汁液的方式危害多种寄主，并可传播50多种植物病毒。棉蚜可因种群密度不同而选择性的产生有翅蚜或无翅蚜，这种现象被称为翅非遗传多型性，也是其适应多种环境的重要原因。但是，与之相关的分子机制仍不明了。

2019年10月28日，中国农业科学院棉花研究所的崔金杰研究团队在Journal of Cotton Research 在线发表了题为“Comparative transcriptional analysis provides insights of possible molecular mechanisms of wing polyphenism induced by postnatal crowding in Aphis gossypii”（比较转录组分析揭示若虫期拥挤效应诱导的棉蚜翅非遗传多型性潜在分子机制）的研究论文。该研究评估了初孵若虫期的拥挤效应对棉蚜成虫翅型分化的影响，而后分析了由此所产生的有翅蚜和无翅蚜在转录水平的基因表达差异，以期揭示棉蚜翅非遗传多型性的分子机制。

该研究首先评估了初孵若虫期的拥挤效应对棉蚜翅型分化的影响。当初孵若虫种群密度低于5头·cm^-2时，成虫全部发育为无翅蚜；当初孵若虫种群密度介于5～20头·cm^-2时，成虫发育为有翅蚜的比例逐渐升高，最高达56.1%；而后随着初孵若虫种群密度的增加，成虫发育为有翅蚜的比例却出现了不同程度地下降。在此基础上，研究人员对有翅蚜和无翅蚜成虫分别进行了转录组测序、组装、注释，并进行了对比分析，以期鉴定棉蚜两种翅型间的差异表达基因和特异表达基因。经非冗余蛋白序列（Non-redundant protein sequence, Nr）数据库注释，发现分别有3 126、3 392个转录本只在无翅蚜、有翅蚜中表达；此外，相对于无翅蚜，有3 187个转录本在有翅蚜中表达上调，1 880个表达下调。信号通路分析显示，参与棉蚜翅型分化的差异表达基因富集在多个细胞信号通路，如脂质分解代谢、胰岛素、蜕皮激素和保幼激素生物合成。最后，该研究采用实时荧光定量聚合酶链式反应（Real time polymerase chain reaction, RT-qPCR）方法，对参与棉蚜翅型分化调控的候选基因进行了表达量验证。

该研究鉴定了若虫期拥挤效应对棉蚜成虫翅型分化的影响，确定棉蚜有翅蚜翅分化的临界种群密度为20头·cm^-2；并采用比较转录组分析策略鉴定了棉蚜有翅蚜与无翅蚜间潜在的特异表达转录本、差异表达转录本、以及与之相关的翅型分化调控信号通路。

该研究评估了若虫期拥挤对棉蚜翅型分化的影响，并运用单独组装、对比分析的比较转录组学方法，鉴定了与棉蚜翅型分化相关的特异表达、差异表达转录本、及相关信号通路，为生物界普遍存在的表型可塑性现象研究提供了新的研究思路。

关键词：Cotton aphid, Apterous and alate aphids, Wing induction, Phenotypic plasticity, Gene expression profiling

Title: Comparative transcriptional analysis provides insights of possible molecular mechanisms of wing polyphenism induced by postnatal crowding in Aphis gossypii

作者：姬继超，张帅，雒珺瑜，王丽，朱香镇，张开心，张利娟，崔金杰

Journal of Cotton Research. 2019, 2: 17

https://doi.org/10.1186/s42397-019-0036-z