荟萃分析揭示人群如何改变某些昆虫的基因表达

在拥挤环境中孵化的蚱蜢可能与单独孵化的蚱蜢在外观和行为上有所不同——即使它们具有相同的基因。这种密度依赖现象的机制被称为多型现象，在蚜虫和蝗虫中都有详细记载，但基因如何调节这些性状直到现在仍未明了。

广岛大学的研究人员分析了从先前研究中收集的数据集，以更好地了解基因如何根据环境条件相互影响以改变其表达。他们于9月23日在昆虫杂志上发表了他们的结果。

“蚜虫表现出多种翅膀类型，蝗虫表现出不同的体色和行为，”通讯作者、广岛大学生命综合科学研究生院教授HidemasaBono说。“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。为了揭示表现出这种相同类型可塑性的所有或多个物种共有的分子，我们收集并重新分析了蚜虫和蝗虫的公开可用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。它还可以帮助识别参与产生特定性状的新基因。通过执行荟萃分析，研究人员将多项研究的转录组结果结合起来，以了解数据的含义。在这项研究中，研究人员分析了来自七种蚜虫和蝗虫的66个公共转录组数据集。

广岛大学研究生院研究员、第一作者KouheiToga说：“Meta分析被认为可以有效地提供对密度依赖性多型现象的额外见解，因为它可以发现传统的假设驱动研究方法无法发现的新信息。”生命综合科学。

“这项研究是对两个进化上遥远的谱系的数据集进行的第一项荟萃分析，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性可塑性分子机制的研究重点。”

具体来说，研究人员发现DNA复制、DNA代谢过程和有丝分裂细胞周期都会随着拥挤的条件而增加。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研究中的调节机制。

他们还发现了一些研究的差异，其中一项研究发现，与群居性更强的蝗虫的色素沉着相关的基因在孤立的条件下表达更高。与其他研究的数据进行比较时，研究人员发现该基因属于一类在氧化应激下会上调其表达的其他基因。根据Bono的说法，与在拥挤的环境中相比，氧化应激更可能解释独居蝗虫的高基因表达。

“我们还发现神经系统修饰可能在诱导两个谱系的密度依赖性表型变化方面发挥重要作用，”Bono说，并解释说在神经系统中起作用的几个基因会导致密度依赖性行为变化，在孤立的条件下增加条件。

根据Toga的说法，由于来自如此多研究的大量数据，这些发现通常可以应用于其他表现出密度依赖性多型现象的物种，这可以作为对先前假设和结果的交叉检查。

“随着公共RNA测序数据的增加，结合多项研究数据的荟萃分析成功地为目标生物过程提供了新的见解，”Toga说。

“我们希望对这项研究中确定的基因进行功能分析，从而开发出控制蚜虫和蝗虫生长的方法。我们还希望通过对各种物种进行荟萃分析来阐明生物体如何响应和适应密度。“