群体可以改变某些昆虫的基因表达

在拥挤的环境中孵化的蚱蜢可能看起来和行为不同于单独孵化的蚱蜢——即使它们有相同的基因。这种依赖于密度的现象，被称为多酚现象，在蚜虫和蝗虫中都有很好的记录，但基因如何调节这些特征，直到现在还不为人所知。来自广岛大学的研究人员分析了从以前的研究中收集的数据集，以更好地了解基因是如何根据环境条件相互影响以改变其表达的。

他们于9月23日发表了他们的研究结果昆虫．

“蚜虫表现出多种翅膀类型，蝗虫表现出不同的身体颜色和行为，”通讯作者说Hidemasa波诺他是广岛大学的教授生命综合科学研究生院．“这些众所周知的农业害虫是表现出密度依赖性可塑性的昆虫的代表。为了揭示所有或多个表现出相同类型可塑性的物种的共同分子，我们收集并重新分析了蚜虫和蝗虫的公开RNA测序数据。”

RNA测序数据，称为转录组，是各种表达基因的集合。它还可以帮助识别与产生特定性状有关的新基因。通过进行元分析，研究人员将多项研究的转录组结果结合起来，看看数据说明了什么。在这项研究中，研究人员分析了来自7种蚜虫和蝗虫的66个公开转录组数据集。

广岛大学生命综合科学研究生院的研究员、第一作者Kouhei Toga说:“元分析被认为是有效的，可以为密度依赖的多酚现象提供额外的见解，因为它可以发现传统假设驱动的研究方法无法发现的新信息。”“这项研究是对两个进化遥远谱系的数据集进行的第一次元分析，它确定了许多密度响应基因，这些基因几乎不是旨在阐明密度依赖可塑性的分子机制的研究的重点。”

具体来说，研究人员发现，在拥挤的环境下，DNA复制、DNA代谢过程和有丝分裂细胞周期都得到了丰富。根据Toga的说法，他们的结果强调了这些过程的重要性——这些过程很少成为该领域的研究重点——作为密度依赖性多酚性研究的调节机制。

他们还发现了与一些研究的差异，其中一项研究发现，在孤立的条件下，更合群的蝗虫中与色素沉着有关的基因表达更高。当与其他研究的数据进行比较时，研究人员发现该基因属于其他基因的一类，这些基因在氧化应激下表达上调。根据Bono的说法，氧化应激更可能解释独处蝗虫的高基因表达，而不是在拥挤的环境中。

波诺说:“我们还发现，神经系统的修改可能在诱导两种谱系的密度依赖表型变化方面发挥重要作用。”他解释说，神经系统中的几个基因功能会导致密度依赖的行为变化，在孤立的条件下增加。

Toga说，这些发现可以普遍应用于其他表现出密度依赖多酚性的物种，因为来自如此多研究的大量数据，可以对之前的假设和结果进行交叉检查。

Toga说:“随着越来越多的公开RNA测序数据，结合多项研究数据的元分析已经成功地为靶向生物过程提供了新的见解。”“我们希望这项研究中发现的基因的功能分析将导致控制蚜虫和蝗虫生长的方法的发展。我们还希望通过对不同物种进行元分析来阐明生物是如何对密度做出反应和适应的。”

参考:杜嘉K, Yokoi K，波诺H.昆虫转录组的元分析显示密度依赖性多酚性。昆虫．2022; 13(10): 864。doi:10.3390 / insects13100864

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