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昆虫表皮(又称外骨骼)主要由坚硬的外表皮层和柔软的内表皮层构成,结构蛋白是其主要的组成成分。表皮不仅具有保护功能，也作为肌肉的支点构成昆虫的运动系统。白蚁是最古老的社会性昆虫，巢群内有明确的品级分化(工蚁、兵蚁和生殖蚁)和社会分工。工蚁担负筑巢、清洁、觅食和抚育幼蚁等工作；兵蚁承担防御任务；成虫可以飞出原巢建立新巢,成为原始生殖蚁。白蚁的外表皮层和内表皮层结构在不同品级间是否存在差异还不清楚。为了阐明不同品级(包括不同体部)表皮层的结构特征以及揭示表皮与品级发育和进化的关系,本论文研究了尖唇散白蚁Reticulitermesaculabialis工蚁、兵蚁和成虫(原始生殖蚁)外表皮层和内表皮层结构特征；三个品级的转录组测序和比较转录组分析；确定了内、外表皮蛋白基因；研究了内、外表皮蛋白基因在不同品级表达特征；揭示表皮的结构和蛋白组成与白蚁品级分化和发育密切相关。这项研究的主要结果和结论包括：
1.研究了工蚁、兵蚁和成虫(原始生殖蚁)头、胸和腹部外表皮和内表皮厚度，发现不同品级间外表皮和内表皮厚度有显著差异，并且在不同体部也有显著差异。利用数码显微照相系统观察和测量了HE染色的切片，发现最厚的外表皮在成虫的头(5.30±1.13μm)、胸(5.02±0.81μm)和腹部(4.74±0.42μm)，并且没有显著性差异(p＞0.05)；工蚁的外表皮最薄，头、胸和腹部分别为0.46±0.16μm、0.38±0.17μm和0.34±0.10μm(p＞0.05)；兵蚁头、胸和腹部的外表皮厚度分别为0.76±0.23、0.68±0.26μm和0.60±0.25μm(p＞0.05)。这些数据显示同一个体的不同体部外表皮厚度上没有显著差异；成虫外表皮厚度是工蚁和兵蚁的约8-10倍。最厚的内表皮是在工蚁的头部(7.88±1.67μm)，分别是兵蚁和成虫头的约3倍和9倍；工蚁头部的内表皮厚度分别是胸部(3.5±0.71μm)和腹部(1.58±0.36μm)的约2倍和5倍；工蚁胸部的内表皮厚度分别是兵蚁和成虫胸部的约3倍和5倍；工蚁和兵蚁腹部的内表皮厚度没有显著性差异，但是它们的厚度都显著高于成虫的。最薄的内表皮在成虫，头、胸和腹部分别为0.86±0.15μm,0.76±0.24μmand0.52±0.17μm(p＞0.05)。本研究结果表明内表皮和外表皮结构与品级的发育和功能有关系；成虫有最厚的外表皮以及工蚁头部有最厚的内表皮,可能与成虫分飞建立新巢和工蚁在劳动中抵抗环境压力有关。
2.通过对工蚁、兵蚁和成虫转录组测序共获得43,53,16,520个cleansequencereads，总共组装了89,475个unigenes。转录组每个样品的Q30高于93.68％,GC含量在43.32％至46.47％之间。在Nr,Swiss-Prot,KOG和KEGG数据库中成功注释了26,645个unigenes，其中Nr数据库中共有26,556个unigenes具有显著匹配,其次是Swiss-Prot数据库中有15,886个unigenes匹配，在KOG和KEGG数据库中,分别有14,256和10,605个unigenes具有特定匹配。白蚁不同品级的转录组测序不仅为研究白蚁的基因功能和品级分化提供了基因数据库资源,而且为揭示工蚁的发育可塑性提供了分子基础。
3.通过比较转录组分析筛选出工蚁,兵蚁和成虫之间的差异表达基因(DEG)10,210个,其中5,466个基因上调和4,744基因下调，进行了DEGs在GO通路和KEGG通路中的富集分析。使用MISA软件识别SSR，鉴定的SSR总数为8,159,序列总数为6,842,包含1个以上SSR的序列为1,032(12.64％),化合物形成中存在717个(8.78％)序列；利用BLASTx和EST预测了26,419和2,514个unigenes。通过RNA-Seq分析确定了85个表皮蛋白基因，其中55个表皮蛋白基因与内华达古白蚁Zootermopsisnevadensis匹配。10个unigenes被注释为内表皮蛋白RR-1亚群的蛋白,29个unigenes被注释为外表皮蛋白RR-2亚群的蛋白。RR-1和RR-2均属于CPR(cuticular protein with R&R consensus)家族。
4.利用qRT-PCR分析对5个内表皮蛋白基因SgAbd-2、SgAbd-9、Abd-5、SgAbd-2-like和Abd-4-like在工蚁、兵蚁和成虫的相对表达水平进行研究。结果显示这5个内表皮蛋白基因在工蚁中表达水平均显著高于兵蚁和成虫(p＜0.05)。SgAbd-2在工蚁中的表达水平分别是兵蚁和成虫的约200倍和400倍；Abd-4-like在工蚁中的表达水平分别是兵蚁和成虫的约66倍和22倍；SgAbd-9在工蚁中的表达水平分别是兵蚁和成虫的约50倍；Abd-5在工蚁中的表达水平分别是兵蚁和成虫的约30和21倍；SgAbd-2-like在工蚁中的表达水平分别是兵蚁和成虫的约2和4倍。SgAbd-2-like在兵蚁中的表达水平显著高于在成虫的，其余4个基因在兵蚁和成虫中的表达水平没有显著差异。内表皮蛋白基因参与了个体内表皮的合成，在工蚁中高表达与工蚁的内表皮最厚相一致。表明内表皮蛋白与白蚁品级分工和环境适应相关，这是白蚁进化和生态学适应的成功。5.利用qRT-PCR分析对14个外表皮蛋白基因在工蚁、兵蚁和成虫的相对表达水平进行研究。结果显示8个外表皮蛋白基因larvalcuticleA3A,ACP-20(6个unigenes)和pro-resilin在工蚁中高表达；2个外表皮蛋白基因larvalcuticleA3A和ACP-20在兵蚁中高表达；4个外表皮蛋白基因Cuticleprotein6,ACP-20,larvalcuticleA3A和larvalcuticleA2B-like在成虫中高表达。成虫外表皮极厚且坚硬，可能与这4个外表皮蛋白基因表达有直接关系。外表皮蛋白基因在不同品级间的差异表达，表明外表皮蛋白ACP-20在工蚁中与保护和支持厚的内表皮层有关；A3A蛋白在成虫和兵蚁中与它们完成建立新巢、适应新环境和防御行为有关。
本研究首次揭示了白蚁不同品级内表皮和外表皮的结构特征，尤其阐明在不同体部内表皮厚度有显著差异；以及基于尖唇散白蚁比较转录组测序确定了表皮蛋白基因表达；发现了内、外表皮结构模式和表皮结构蛋白在白蚁不同品级之间有显著差异。这些研究表明表皮结构和蛋白组成与白蚁品级功能分化密切相关，对于白蚁作为社会性昆虫在生存进化和生态适应上具有重要意义。
1.研究了工蚁、兵蚁和成虫(原始生殖蚁)头、胸和腹部外表皮和内表皮厚度，发现不同品级间外表皮和内表皮厚度有显著差异，并且在不同体部也有显著差异。利用数码显微照相系统观察和测量了HE染色的切片，发现最厚的外表皮在成虫的头(5.30±1.13μm)、胸(5.02±0.81μm)和腹部(4.74±0.42μm)，并且没有显著性差异(p＞0.05)；工蚁的外表皮最薄，头、胸和腹部分别为0.46±0.16μm、0.38±0.17μm和0.34±0.10μm(p＞0.05)；兵蚁头、胸和腹部的外表皮厚度分别为0.76±0.23、0.68±0.26μm和0.60±0.25μm(p＞0.05)。这些数据显示同一个体的不同体部外表皮厚度上没有显著差异；成虫外表皮厚度是工蚁和兵蚁的约8-10倍。最厚的内表皮是在工蚁的头部(7.88±1.67μm)，分别是兵蚁和成虫头的约3倍和9倍；工蚁头部的内表皮厚度分别是胸部(3.5±0.71μm)和腹部(1.58±0.36μm)的约2倍和5倍；工蚁胸部的内表皮厚度分别是兵蚁和成虫胸部的约3倍和5倍；工蚁和兵蚁腹部的内表皮厚度没有显著性差异，但是它们的厚度都显著高于成虫的。最薄的内表皮在成虫，头、胸和腹部分别为0.86±0.15μm,0.76±0.24μmand0.52±0.17μm(p＞0.05)。本研究结果表明内表皮和外表皮结构与品级的发育和功能有关系；成虫有最厚的外表皮以及工蚁头部有最厚的内表皮,可能与成虫分飞建立新巢和工蚁在劳动中抵抗环境压力有关。
2.通过对工蚁、兵蚁和成虫转录组测序共获得43,53,16,520个cleansequencereads，总共组装了89,475个unigenes。转录组每个样品的Q30高于93.68％,GC含量在43.32％至46.47％之间。在Nr,Swiss-Prot,KOG和KEGG数据库中成功注释了26,645个unigenes，其中Nr数据库中共有26,556个unigenes具有显著匹配,其次是Swiss-Prot数据库中有15,886个unigenes匹配，在KOG和KEGG数据库中,分别有14,256和10,605个unigenes具有特定匹配。白蚁不同品级的转录组测序不仅为研究白蚁的基因功能和品级分化提供了基因数据库资源,而且为揭示工蚁的发育可塑性提供了分子基础。
3.通过比较转录组分析筛选出工蚁,兵蚁和成虫之间的差异表达基因(DEG)10,210个,其中5,466个基因上调和4,744基因下调，进行了DEGs在GO通路和KEGG通路中的富集分析。使用MISA软件识别SSR，鉴定的SSR总数为8,159,序列总数为6,842,包含1个以上SSR的序列为1,032(12.64％),化合物形成中存在717个(8.78％)序列；利用BLASTx和EST预测了26,419和2,514个unigenes。通过RNA-Seq分析确定了85个表皮蛋白基因，其中55个表皮蛋白基因与内华达古白蚁Zootermopsisnevadensis匹配。10个unigenes被注释为内表皮蛋白RR-1亚群的蛋白,29个unigenes被注释为外表皮蛋白RR-2亚群的蛋白。RR-1和RR-2均属于CPR(cuticular protein with R&R consensus)家族。
4.利用qRT-PCR分析对5个内表皮蛋白基因SgAbd-2、SgAbd-9、Abd-5、SgAbd-2-like和Abd-4-like在工蚁、兵蚁和成虫的相对表达水平进行研究。结果显示这5个内表皮蛋白基因在工蚁中表达水平均显著高于兵蚁和成虫(p＜0.05)。SgAbd-2在工蚁中的表达水平分别是兵蚁和成虫的约200倍和400倍；Abd-4-like在工蚁中的表达水平分别是兵蚁和成虫的约66倍和22倍；SgAbd-9在工蚁中的表达水平分别是兵蚁和成虫的约50倍；Abd-5在工蚁中的表达水平分别是兵蚁和成虫的约30和21倍；SgAbd-2-like在工蚁中的表达水平分别是兵蚁和成虫的约2和4倍。SgAbd-2-like在兵蚁中的表达水平显著高于在成虫的，其余4个基因在兵蚁和成虫中的表达水平没有显著差异。内表皮蛋白基因参与了个体内表皮的合成，在工蚁中高表达与工蚁的内表皮最厚相一致。表明内表皮蛋白与白蚁品级分工和环境适应相关，这是白蚁进化和生态学适应的成功。5.利用qRT-PCR分析对14个外表皮蛋白基因在工蚁、兵蚁和成虫的相对表达水平进行研究。结果显示8个外表皮蛋白基因larvalcuticleA3A,ACP-20(6个unigenes)和pro-resilin在工蚁中高表达；2个外表皮蛋白基因larvalcuticleA3A和ACP-20在兵蚁中高表达；4个外表皮蛋白基因Cuticleprotein6,ACP-20,larvalcuticleA3A和larvalcuticleA2B-like在成虫中高表达。成虫外表皮极厚且坚硬，可能与这4个外表皮蛋白基因表达有直接关系。外表皮蛋白基因在不同品级间的差异表达，表明外表皮蛋白ACP-20在工蚁中与保护和支持厚的内表皮层有关；A3A蛋白在成虫和兵蚁中与它们完成建立新巢、适应新环境和防御行为有关。
本研究首次揭示了白蚁不同品级内表皮和外表皮的结构特征，尤其阐明在不同体部内表皮厚度有显著差异；以及基于尖唇散白蚁比较转录组测序确定了表皮蛋白基因表达；发现了内、外表皮结构模式和表皮结构蛋白在白蚁不同品级之间有显著差异。这些研究表明表皮结构和蛋白组成与白蚁品级功能分化密切相关，对于白蚁作为社会性昆虫在生存进化和生态适应上具有重要意义。