家蚕与野蚕性别差异基因筛选及分析

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家蚕是我国重要的经济昆虫,雌雄性别是影响产茧效率的重要因素之一,研究家蚕的性别差异表达基因及性别决定,对于蚕丝业的发展乃至了解生物性别决定机制等基础知识都有重要的理论和现实意义。虽然家蚕的全基因组测序已完成,但由于测序技术以及客观条件的限制,至今尚未完成家蚕W染色体基因测序。本研究利用雌性野蚕与雄性家蚕(DZ)杂交并连续与雄性家蚕回交所构建的近等基因系为材料,通过性腺转录组测序分析,筛选家蚕与野蚕的雌雄差异基因,以望获得与性别决定相关的基因;同时利用重测序变异检测,进行性别鉴定及W染色体候选序列的筛选。1近等基因系表型调查及分析选用雌性野蚕与雄性家蚕(DZ)杂交,选F1的雌性后代与雄性家蚕(DZ)连续回交10代以上,构建近等基因系家蚕(WS)。WS除具有来自野蚕的W染色体外,各项外在特征在总体上趋于与DZ的高度一致性,表明成功构建近等基因系,可用于后续的分析研究。表型调查发现WS的孵化率显著高于DZ,分析DZ、WS性腺转录组数据发现,WS组性腺中孵化酶样II亚型X1(hatching enzyme-like II isoform X1)的表达水平显著高于DZ组,推测二者孵化酶样II亚型X1表达水平的差异导致了孵化率的不同;性腺组织切片HE染色结果显示WS组卵巢中生殖细胞的发育比DZ组快,WS组卵巢中的卵母细胞多于DZ组,分析推测其差异与微卵黄原蛋白(Vg)、PPO1基因在WS卵巢中高表达,作为卵的生长发育所需营养物质相关。2利用性腺转录组测序分析筛选性别差异基因为了从转录水平上研究DZ、WS的具体差异,选取5L3d时DZ和WS的雌雄性腺进行转录组测序分析,筛选出DZ、WS中雄性高表达的差异基因2436个,雌性高表达的差异基因1380个。通过KEGG富集分析发现这些差异基因显著富集在核糖体(Ribosome)、氧化磷酸化(Oxidative phosphorylation)、丙酮酸代谢(Pyruvate metabolism)等与翻译、代谢相关的通路中,这些差异基因具有组成核糖体结构(structural constituent of ribosome)、氧化还原酶活性(oxidoreductase activity)、营养库活性(nutrient reservoir activity)等分子功能,核糖体通路中大量的核糖体蛋白和氧化磷酸化通路中的各种酶,调控着家蚕生殖腺的正常发育;SP1在B.mandarina、WS、DZ卵巢中的表达呈逐渐递增之势,说明WS是介于野蚕与家蚕的中间品系;对雌性中高表达的SP1进行干涉试验,结果证实SP1的下调会使Vg的表达降低,但PIWI通路的关键基因Siwi、Ago的表达不受影响,分析推测SP1主要参与家蚕雌性性别决定途径下游基因的调控。3利用重测序变异检测筛选W染色体候选序列为了在基因组水平上比较分析雌雄差异基因,我们取5L3d时DZ、WS的丝腺进行重测序变异检测(共12个),同时从NCBI SRA数据库下载19个已有的重测序数据,对这31组家蚕重测序基因组进行从头(de novo)组装,并使用Fem作为标志序列鉴别、区分其性别,最终筛选出183个W染色体候选序列,PCR实验结果显示候选片段均在雌性中表达,同时有2个候选片段在野蚕雄性中也表达,推测这类型的候选片段最初来自野蚕的Z染色体或常染色体,经长期进化,最终演变为W染色体。
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