基于HT-SELEX技术的飞蝗两型差异的转录调控机制研究

The transition between the gregarious and solitarious locust is a key behavior feature of phenotypic plasticity and fundamental for locusts’ agricultural damage. The study of molecular mechanism of phase transition is important for locust management. Our lab has accumulated lots of Omics data, including genome and transcriptome, on the molecular mechanism of locust phase difference. Through data integration of the data from various samples, we have constructed a transcriptional regulatory network. However, the relationship between the transcription factor and the behavior, and the target of the TF genes are still unclear. So, at this project, we want to 1) select about 20 transcription factors, and further select 10 of them according to the behavior changing after the transcription factors were knocked down. 2) HT-SELEX (high throughput systematic evolution of ligands by exponential enrichment) technology will be used to characterize the binding specificity of the selected transcription factors, one software package will be developed to identify the binding target site based on the HT-SELEX data. 3) The transcriptional regulatory network will be constructed based on the data integration. 4) Technologies, such as EMSA, RNAi and CRISP/CAS9, will be used to validate the regulating relationship and the function of the genes identified in the network. By doing this, we hope to get new and further understanding of the locust phase change regulation.

飞蝗的群居型和散居型间的相互转变是表型可塑性的典型特征，也是形成蝗灾的重要基础。两型转变的分子机理研究对于解析表型可塑性和蝗灾治理起到重要作用。本实验室在飞蝗两型转变机理研究方面积累了大量的组学数据，包括基因组和转录组。通过整合多个样品的基因表达数据，我们初步构建了飞蝗的转录调控网络。但是，转录因子和行为学的直接关系、转录因子调控的靶基因等都还不十分清楚。因此，在本项目中，我们拟1）通过RNAi干扰候选转录因子，并结合行为学观测和转录组测序的方法挑选影响两型的转录因子；2）通过高通量指数富集配体系统进化技术（HT-SELEX），进行候选转录因子结合特异性分析，并从头开发一套基于HT-SELEX数据来检测转录因子调控的靶位点的软件，此类软件还未见有公布；3）通过整合的方法，构建飞蝗两型的转录调控网络；4）利用EMSA、RNAi、CRISP/CAS9等技术对获得的转录调控关系进行验证和功能研究

飞蝗的群居和散居间相互转变是表型可塑性的典型特征，也是形成蝗灾的重要基础。两型转变的分子机理研究对于解析表型可塑性和蝗灾治理起到重要作用。本研究通过整合多种转录组数据，期望从转录调控角度阐释飞蝗两型转变的分子机制。通过本项目资金支持，预测了20个调控飞蝗两型间差异的核心转录因子。并通过整合RNAi干扰试验，行为学观察和分析，RNAi干扰前后转录组学分析，验证了3个核心转录因子在调控两型转变过程中的作用。同时，构建了飞蝗基因组学分析平台LocustMine。基于该平台，研究者可以进行序列、基因表达、生物学网络等数据的搜索和分析，极大的方便了蝗虫领域，以及整个昆虫领域研究人员对本研究数据的再次利用。基于本课题资金，我们进行了广泛的拓展性研究。我们通过比较蝗虫的腹腔脂肪体和精巢脂肪体，鉴定了精巢脂肪体特异表达的基因，并结合基因富集分析推测精巢脂肪体细胞在发育过程中经历了有丝分裂，而非内环循环。我们进行了两型lncRNA的转录组比较分析，发现了飞蝗使用提前表达的lncRNA调控两型转变的转录组特征。通过分析来自37个物种的8Tb的RNA-Seq数据，我们发现，剪接水平和物种复杂度之间存在稳定的正相关，而剪接水平和内含子大小在物种间没有关系。有趣的是，剪接水平和内含子大小在同一个物种内的不同基因间存在正相关。我们通过整合分析群居飞蝗衰老过程转录组，发现飞蝗的衰老相关基因和其他模式生物是类似的。飞蝗的衰老过程转录组表现出器官特异的表达特征。我们还搭建了草地贪夜蛾基因组分析平台FAWMine，以方便针对该农业害虫的研究工作。