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在植物与植食者的相互作用中,虫瘿的形成是最令人惊叹的一种。而在所有昆虫诱导的虫瘿中,又以瘿蜂(膜翅目,瘿蜂科,瘿蜂族)产生的虫瘿结构最为复杂。瘿蜂都能够诱导其寄主植物形成一种称之为虫瘿的新型结构。虫瘿被包被于植物组织中,但它在化学和结构方面都与包被其中的正常植物组织有显著的差别。虫瘿能够保护和滋养其内部的正在发育的蜂幼虫。 虫瘿内部组织的许多特征都与种子组织相似,于是有假说认为瘿蜂操纵种子发育途径来造瘿。为了在分子水平上验证这一假说,作者选用了一种来自中国西南的西双版纳的常见热带树种短刺锥,它常常被栗瘿蜂属的瘿蜂寄主。比较短刺锥的叶、虫瘿及种子的全基因表达谱。 高通量RNA测序技术为揭示转录组的复杂结构提供了前所未有的机遇。通过从头组装转录组构建一个参考转录组是发现和注释基因组中表达区域的有效手段。将RNA-seq读段比对到一个组装好的转录组上,还可以对样本的转录本丰度进行定量以及不同样本之间的转录本丰度进行比较。这样,进行非模式生物的转录组分析可以帮助发现新基因、揭示基因功能和表达谱。 在此报导短刺锥的叶、种子和虫瘿三种组织的转录组分析结果。采用Illumina HiSeq2000和Illumina MiSeq两个测序技术平台获取约8.6亿测序读段,经组装软件Trinity生成来自273,925个潜在基因的504,953条转录本(N50=1,736bp)。转录本平均长度为882bp,最长一条为32,495bp.在与黄瓜和金小蜂的蛋白质数据库进行序列相似性比对后,从159,795和24,199条转录本中分别鉴定得到对应于黄瓜的15,678 unigenes和金小蜂的6,762 unigenes。本研究组装并得到了第一个热带栎树转录组,为进一步研究差异基因表达及检测通过不同生物过程产生的基因表达谱变化奠定了基础,特别有助于揭示造瘿的遗传机制。虫瘿组织的主要新陈代谢方式会经过一个明显的转变,即从自养代谢转变为异养代谢。这种转变与参与到光合作用和叶绿素合成途径基因的表达整体下调相一致。参与淀粉、简单酚类和萜类合成的基因会有所增加,以利于虫瘿的形成。这些结果表明虫瘿的形成是通过改变其宿主组织的基因表达、调控其新陈代谢而实现的。 比较叶片和虫瘿中的全部基因表达情况,结果显示在叶子中特异表达的unigene只有145个,而在虫瘿中特异表达的unigene有2,078个,差异明显。虫瘿组织中的主要代谢途径有一个明显的从自养到异养的转换。这个结果表明虫瘿的形成是通过基因表达的巨大改变以及寄主代谢的操纵来实现的。虽然虫瘿最初是由叶组织发育而来,但发现虫瘿组织的整体基因表达模式却跟种子的整体基因表达模式更接近,因而支持虫瘿形成的种子假说。分析结果显示在这三种组织中,虫瘿和种子共同特有的基因共有1,434个,是虫瘿和种子特有的,而虫瘿和叶子共同特有的基因只有228个,种子和叶子共同特有的基因只有65个。三种组织中差异表达基因的数量也证实上述的趋势:虫瘿与叶组织之间有4,858个基因差异表达,而虫瘿和种子之间只有3,821个基因差异表达。进一步,还分析得知与叶中表达的基因相比,1,025个基因在种子和虫瘿中同时上调表达,其中16个基因与拟南芥种子特异表达基因同源。同理,在种子和虫瘿中同时下调的1,945个基因中,有64个与拟南芥种子特异表达基因同源。在虫瘿和种子共有的上调基因中,鉴定了与脂肪酸和储存脂类的生物合成以及细胞核内复制相关的基因表达。 通过研究揭示的基因表达谱概况表明瘿蜂操纵了寄主的分生组织和种子的发育途径,改变寄主的代谢过程使其成为碳汇。要进一步确认种子假说,还需要在分子水平上更详细地了解种子和虫瘿的发育途径。