基于转录组数据的直翅目昆虫谱系基因组学研究

The total RNA extracted from whole-body of individual nymphs and female of 8 Orthoptera species will be applied to Illumina HiSeq 2000 for transcriptome sequencing, and each sample will obtain about 4 Gb ( 8Gb for each species ) transcriptomic data. The Unigenes obtained after individually and jointly assembling the nymphs and female transcriptomic data, will be conduct GO classification, metabolic pathway analysis, protein function prediction and classification, and expression differences in metabolism, signal transduction, etc. By comparing the transcriptomes of newly sequenced 8 species, previous project sequenced 6 species and other available data in public database, we can compare the Orthoptera insect transcriptome data to identify orthologous genes between species and all genes have been found so far in the Orthoptera insect, and construct gene index database for Order Orthoptera. Finally, the orthologous genes with more than 300 bp in length will be aligned and concatenated into a supermatrix composed of serval thounsant nuclear genes for constructing phylogenetic relationships among high categories of Orthoptera insects. This project is the first time for Orthoptera insects that conduct a detailed comparative transcriptomic and phylogenomic research based on the nuclear genome, and the results will have important scientific significance for the comparative and evolutionary biology of Orthoptera insects.

选择8种直翅目昆虫，提取每种昆虫若虫和雌虫整体的总RNA，应用Illumina HiSeq 2000进行转录组测序，每个样品获得约4Gb（每种约8Gb）的转录组数据，对每个成虫和若虫的转录组分别和联合拼接后，首先进行GO分类、蛋白质功能预测以及分类、代谢通路分析等全局性分析和差异表达分析；然后通过比较新测出的8种、前一个项目测出的6种和公共数据库可利用的直翅目昆虫转录组数据，进行比较转录组分析，识别这些物种之间的直系同源基因，构建所有已经发现存在于的直翅目转录组的基因索引数据库；最后，将长度大于300 bp的所有直系同源基因比对后连接起来，组成由数千个核基因数据构成的超级矩阵，进行全面系统的谱系基因组学分析，构建直翅目昆虫高级阶元之间的系统发生关系。本项目是国内外首次对直翅目核基因组进行详细的比较转录组学和谱系基因组学研究，研究结果将对直翅目昆虫的比较与进化生物学有重要的科学意义。

直翅目昆虫通过三次大的适应辐射在短期内形成了半变态类昆虫中最大的类群，并且以基因组增大和重复序列含量丰富而闻名，使得采用线粒体基因组和核基因组序列的谱系基因组学方法均遇到了困难。基于转录组数据的谱系转录组学成为目前解决直翅目昆虫进化和系统发育的主要途径。. 本项目完成了11种直翅目昆虫的转录组、全长转录组和miRNA测序和分析工作，包括5科8种直翅目直翅目昆虫（疣蝗Trilophidia annulata、黄胫小车蝗Oedaleus infernalis、短角外斑腿蝗Xenocatantops brachycerus、中华雏蝗Chorthippus chinensis、素色异爪蝗Euchorthippus unicolor、长翅素木蝗Shirakiacris shirakii、日本蚱Tetrix japonica、奥科特比蜢Pielomastax octavii）18个样本的转录组、4科6种直翅目昆虫（疣蝗、长翅素木蝗、日本蚱、黄胫小车蝗、中华雏蝗、笨蝗（Haplotropis brunneriana））13个样品的microRNA和4科4种直翅目昆虫（中华稻蝗（Oxya chinensis）、中华蚱蜢（Acrida cinerea）、短额负蝗（Atractomorpha sinensis）、笨蝗）4个样品的全长转录组测序和分析工作。. 对每个样本的转录组、全长转录组和miRNA进行了的组装、注释和生物信息学分析，比较并实验验证了雌雄和若虫与成虫之间的差异表达基因。通过比较新测出的11种以及其他已测出的直翅目昆虫转录组数据，共计22亚科42种，构建了直翅目转录组数据库（Orthoptera Transcriptome database，OTD）。在提取这些物种之间的直系同源基因基础上，构建了基于转录组数据的22亚科42种直翅目昆虫的系统树。直翅目转录组数据库将为世界上直翅目研究工作者提供一个重要数据集成资源。. 项目发表SCI源期刊论文5篇，国内核心期刊论文6篇，本项目的主要研究结果将汇集在待出版的《分子系统学》专著中的“谱系转录组学”一章中，近期将由科学出版社出版。