|
编译：晨曦，编辑：十九、江舜尧。 原创微文，欢迎转发转载。 众所周知，植物对昆虫产卵的反应会影响幼虫孵化后的防御反应。榆树的叶子是甲虫产卵的地方，它能更有效地防御幼虫从卵中孵化出来。然而，这种以产卵为媒介的、改良的防御机制的分子机制还没有得到充分的理解。本文利用新组装的RNA-seq数据，研究了幼体摄食损伤的榆树叶片在有无产卵的情况下转录组的动态变化。结果表明，在预先有产卵的情况下，榆树叶片在被幼虫摄食时，能够更快的产生应激反应。 论文ID 原名：Transcriptomic basis for reinforcement of elm anti-herbivore defense mediated by insect egg deposition 译名：通过昆虫产卵介导的增强榆树抗食草性昆虫防御机制的转录组基础 期刊：Molecular Ecology IF：5.855 发表时间：2019.9 通讯作者：Monika Hilker 通讯作者单位：柏林自由大学，生物研究所 DOI号：10.1111/mec.14900 实验设计 结果 1 榆树叶片转录组测序和从头组装 为了深入了解榆树叶甲卵沉积如何影响榆树对随后发生的幼虫食草的转录组应答，对不同处理下榆树叶片的转录组进行了测序：i产卵（E），ii 幼虫摄食损伤（CF），iii产卵+摄食处理（EF），分别在产卵及摄食处理后1h, 6h 和24h采集榆树叶片，对照样本（CC）在相同时间点取样（图1）。 图1 榆树叶片取样设计 2 模拟产卵后差异转录组表达呈现快速和瞬间诱导模式 为获取产卵后榆树叶片转录组变化，将E组与C组对比，比较产卵后不同时间对应转录组变化。短期为处理后1h，6h，24h，长期为产卵7d后。分析虫卵孵育时间是为了探索幼虫形成时，相应转录组的改变是否持续。与未处理组叶片相比，产卵后至少一个采样时间点，667个转录本有显著差异，产卵后最初的转录响应很快下降，1h时的转录本变化，在24h时，只有7%还存在，7天后，虫卵即将孵化时，这些转录本变化基本完全消失（图2）。 图2 产卵和幼虫摄食后差异转录本数量 为了深入理解，进行了“生物过程”范畴的GO功能富集分析（图3）。总体上，与生物应激反应相关的生物过程被富集到，如：“response to wounding”，“response to chitin”“response to stimulus”，“response to stress”和“response to chemical stimulus”等。另外，“regulation of transcription, DNA-dependent”GO条目在产卵后1h和6h显著富集。这些显著富集的功能中，包含一些之前被报道参与植物生物和非生物胁迫响应基因，如AP2 domain/ERF，WRKY和MYB转录因子等，这些基因同时参与参与次生代谢调控（图3）。 图3 产卵和幼虫摄食后GO富集热图 综上，产卵处理诱导一系列植物应激反应相关转录本变化，但是很快回到正常水平。 3 经产卵处理叶片在幼虫摄食后表现出更早的转录响应 与预期相一致，不管有没有经过产卵处理，摄食刺激能够引起榆树叶片非常强的的转录水平响应。为了研究产卵处理是否影响幼虫摄食引起的榆树叶片转录组变化，分别将EF组和CF组与未处理组（CC）相比。幼虫摄食后1h，EF组中变化的转录本数量为CF组中的4.5倍，这表明，产卵能够让榆树叶片产生更快的响应。幼虫摄食后6h和24h后，EF组和CF组表达变化转录本基本一致。 比较EF组和CF组转录本log2表达倍数比（将所有时间产生变化的转录本纳入计算），发现表达比率（CF/C: EF/C）在摄食后6h和24h接近1（即两者之间类似），但在摄食后1h，EF组与CF组有显著差异（斜率=0.67）(F-test, nested ANOVA: p ≤ 2.2*10-16)（图4）。 总体上，这些结果表明植物经早先的产卵处理后，对幼虫摄食的响应不仅增加了动力学响应，而且在一定程度上增加了表达率。 图4 EF和CF转录表达变化对比 4 EF组和CF组中对比对照组产生的差异转录本功能分析 比较EF/C和CF/C的差异表达转录本，GO富集分析发现，“生物途径”范畴的一些条目在EF/C中富集更多。 1h摄食处理后，EF中富集的条目包括：“post-translational protein modification”，“response to biotic stimulus”，“response to fungus”，“defense response”，“jasmonic acid metabolic process”，“response to chitin”，“response to stimulus”，“response to stress”，强调了这些转录本在与信号和防御相关通路中的功能。KEGG通路分析显示EF中差异表达转录本“Plant-pathogen interaction”通路显著富集。 有一些1h时EF中富集的GO条目，在摄食后6h和24h时在CF中富集，称之为延迟响应，这主要包括：“response to wounding”，“response to chitin”，“response to stimulus”和“response to stress”（图3）。 作者也分析了CF/C中特有而EF/C中没有的表达变化的603个转录本，GO条目富集在转录、生物合成和光合作用，KEGG通路富集在“Ribosome”。而EF/C中特有的324个转录本富集在“response to water deprivation”，“response to stress”和“response to water”（图2）。这些结果表明，在无产卵处理和预先经过产卵处理的榆树叶片中，幼虫摄食24h后的转录调控略有差异，然而，两者之间有超过1000个共同变化转录本且在相同方向和程度上有不同的调节。 结论 以前一些研究表明，植物的生物胁迫或非生物胁迫经历会影响植物对相关胁迫的转录组响应。这对植物自身保护是有益的，因为能够在应对胁迫时产生更加有效的响应。然而响应的研究都是针对模式植物的，对于树木响应胁迫的研究少之又少。本文研究了榆树叶片对于两种自然发生的持续的生物刺激（昆虫产卵和孵化后幼虫摄食）的转录组水平的响应，结果表明在植物上产卵能够影响植物对幼虫摄食的转录组水平响应。 更多推荐 1 科研 | PNAS：转录组学揭示急性和慢性饮酒对肝脏昼夜新陈代谢有不同的影响
|
|
|
