多倍体细胞含有 2 个以上的基因组拷贝,存在于许多植物和动物组织中。存在不同类型的多倍体,其中基因组局限于 1 个细胞核(单核化)或 2 个或更多细胞核(多核化)。尽管多倍体广泛存在,但不同类型多倍体的功能意义在很大程度上尚不清楚。在这里,我们通过特异性抑制双核化而不改变基因组倍性来评估秀丽隐杆线虫肠道细胞中多核化的功能。通过单线虫 RNA 测序,我们发现双核化对于组织特异性基因表达很重要,最显著的是对于在从幼虫发育到成年期的过渡期间显示快速上调的基因。受调控的基因包括卵黄蛋白,它编码促进营养物质向生殖系运输的卵黄蛋白。我们发现单核肠细胞中卵黄蛋白表达减少会导致后代发育迟缓和适应性下降。总之,我们的结果表明,双核化促进了发育过程中肠道特异性基因表达的快速上调,与基因组倍性无关,强调了空间基因组组织对多倍体细胞功能的重要性。
免疫与生殖是雌性昆虫生存和种群维持的重要功能。然而由于资源有限,这两个功能无法同时满足,从而导致它们之间需要进行能量权衡。值得注意的是,这种免疫-生殖权衡的机制尚不清楚,而能量竞争可能在其中起着核心作用。本研究以飞蝗为研究对象,对参与脂质合成和昆虫能量代谢的关键基因脂肪酸合酶(FAS)进行了研究。利用细菌感染和RNA干扰(RNAi)技术研究了不同处理下蝗虫的免疫、繁殖力和能量代谢模式的变化。本研究结果表明,藤黄微球菌感染可触发蝗虫的免疫反应,显著上调防御素3(DEF3)和Attacin的表达,并增强酚氧化酶(PO)活性。当 FAS2 沉默后,细菌攻击在较小程度上上调了 DEF3 和 Attacin 的表达,导致溶菌酶活性增加而不是 PO。此外,细菌感染导致脂肪体中糖原和葡萄糖含量降低,同时三酰甘油(TAG)含量显著增加。然而,在 FAS2 敲低后,脂肪体中的脂质和碳水化合物含量均显著降低。与单独的细菌感染相比,低 FAS2 表达进一步加剧了蝗虫的繁殖力受损。卵黄蛋白 A ( VgA ) 和卵黄蛋白 B ( VgB ) 的表达水平显著降低,卵巢萎缩严重。值得注意的是,卵巢重量仅为对照组的 21%。此外,雌性表现出最少的产卵行为。总之,我们的研究结果表明,在 FAS2 基因沉默后,蝗虫更倾向于免疫刺激能量激活,而生殖投入减少。该研究成果将有助于进一步探索蝗虫免疫和生殖能量之间权衡的分子机制。
在 CRISPR-Cas 系统中,Cas13a 是一种 RNA 引导的 RNA 核酸酶,专门靶向单链 RNA。我们开发了一种 Cas13a 介导的 CRISPR 干扰工具,以靶向 mRNA 来实现蚊子的基因沉默。通过胸内注射将表达 Cas13a 的质粒递送给蚊子,递送后至少 10 天仍可检测到 Cas13a 转录本。使用 T7 RNA 聚合酶在体外合成靶向特异性 crRNA。Cas13a 质粒和靶向 crRNA 可以通过胸内注射一起递送,或者可以先提供 Cas13a 构建体,然后在适当的时候提供靶向 crRNA。在两种蚊子中测试了该机制。在冈比亚按蚊中,卵黄蛋白基因被 Cas13a/Vg-crRNA 沉默,同时伴有产卵量显著下降。在埃及伊蚊中,COPI 基因的 α 和 δ 亚基被 Cas13a/crRNA 沉默,导致死亡和中肠脆弱,重现了之前报道的表型。当提供目标 crRNA 混合物时,可以同时实现基因共沉默。研究中未观察到非目标转录本的可检测的附带切割。除了 dsRNA 或 siRNA 介导的 RNA 干扰外,可编程的 CRISPR 干扰方法提供了一种在蚊子中敲除基因的替代方法。
雌激素调节鱼和其他脊椎动物中的许多生殖过程。在鱼类中,大脑,垂体和肝脏是脑垂体 - 甲状腺肝轴雌雄同体的主要作用部位。在脑因子的影响下,垂体合成促性腺激素,在雌性鱼类中,促促性蛋白刺激雌二醇的合成,从而刺激肝脏中的卵巢生成(1,2)。雌激素还通过大脑和垂体中的反馈机制来调节促性腺激素的合成并释放(3-5)。因此,作用在雌激素靶组织(例如肝脏和垂体)上的雌激素化合物有可能干扰鱼类的生殖过程。在过去的几十年中,环境中的内分泌破坏化学物质(EDC),尤其是模仿人为化合物(Xenostrogens)的雌激素,引起了人们对它们对人类和野生动植物健康的潜在影响的担忧(6,7)。工业化合物,例如增塑剂双酚A(BPA)和药物雌激素乙基甲二醇(EE2),是在环境中无处不在的内分泌干扰物中广泛研究的(8-12)。BPA是一种高生产量工业化学化学化学物质,主要用于制造塑料产品和使用的环氧树脂,例如,食品包装金属罐的表面涂层(13)。BPA已被证明具有雌激素作用,也可能导致代谢破坏(14、15)。最近的研究还报道说,许多BPA替代方案具有与BPA相似的内分泌干扰作用(13,16)。ee2用于避孕药中,经常在家庭污水中检测到,并可能污染水生环境(17 - 19)。ee2是一种有效的雌激素,许多研究都记录了其内分泌干扰作用,例如卵黄蛋白的合成增加,男性鱼类女性化,生育率降低和人口下降(12,20 - 20 - 26)。大多数研究都研究了这些EDC在鱼类中的分子效应,主要使用有限的生物标志物(例如植物生成素)(27,28)。虽然雌激素反应式生物标志物在暴露于雌激素方面具有丰富的信息,但它们提供了有限的有关影响的潜在目标和过程的信息。最近的一些基于转录组的研究表明,OMICS确定可能提供更多见解