多巴胺受体1通过调控lncRNAs表达调节飞蝗嗅觉吸引行为的机理研究

Dopamine receptor 1 (Dop1) mediates olfactory attraction during the aggregation of migratory locusts, but it is unkown that Dop1 mediates the expression of long non-coding RNA(lncRNA) underlying olfactory attraction. Here, we apply high throughput sequencing to analyze the expression of lncRNAs followd by the activation of Dop1 by agonists and inhibition of Dop1 by RNAi knock down. We also analyze the expression patterns of lncRNAs during phase change of the migratory locust. After we confirm that lncRNAs candidate mediates olfactory attraction and their correlation with Dop1 underlying olfactory response, we analyze the location of lncRNAs in cells, its coding potential and activation of lncRNAs promoter. Then we apply RNA and DNA pull down, RNA immunoprecipitation, GST pull down, EMSA, and lucifererase reporter system to confirm the interaction between lncRNAs and their RNA binding proteins. We also analyze whether Dop1 signaling mediates binding of candidate protein with lncRNAs. Moreover, we analyze gene expression profiles after lncRNA knockdown. In this study, we hope to confirm the Dop1-lncRNA-target circuit that mediates neurophysiological mechanism underlying olfactory attraction.

多巴胺受体1（Dop1）调节飞蝗群聚中的嗅觉吸引行为，长链非编码RNA （lncRNAs）调控多巴胺信号传递。但是Dop1通过调控lncRNAs表达调节飞蝗嗅觉吸引行为的神经分子机制不清楚。采用高通量测序分析受Dop1影响并在型变中表达差异的lncRNAs后，筛选受Dop1调控并与嗅觉行为相关的lncRNAs。在验证候选lncRNAs对嗅觉行为调节以及与Dop1的功能联系后，分析lncRNAs的组织定位、非编码特性以及克隆lncRNAs的启动子。通过RNA和DNA pulldown、RNA免疫共沉淀、GST pull down、凝胶阻滞实验以及荧光素酶报告基因等方式验证候选蛋白与lncRNA及其启动子的相互作用，分析Dop1是否通过候选蛋白影响lncRNAs的表达，并分析lncRNA影响下游基因的表达谱，以期初步回答Dop1-lncRNAs-靶基因环路调节嗅觉吸引行为的神经分子机制。

长链非编码RNA在神经系统中富集表达，但是长链非编码RNA调节嗅觉行为的机制不清楚。通过对飞蝗群居化和散居化过程中的转录组分析发现非编码RNA参与调节飞蝗型变，通过对多巴胺受体干扰和激活后的转录组分析，发现多巴胺受体调节长链非编码RNA的表达。基于转录组分析发现lncRNA2138在群居化过程中表达升高，而在散居化过程中表达下降。组织分布实验发现lncRNA2138在脑和触角中的分布表达升高，提示可能和嗅觉行为的调节有关。进一步的功能实验发现lncRNA2138干扰后，导致飞蝗型变引起嗅觉排斥行为。LncRNA2138干扰后的转录组分析发现lncRNA2138干扰导致谷氨酸受体GRID1的表达降低，并且GRID1 干扰后诱导群居型飞蝗表现出嗅觉排斥行为。RNA pull down 实验发现lncRNA2138与RNA结合蛋白SRSF1结合，调节GRID1基因前体的表达。LncRNA2138通过与SRSF1的结合调节SRSF1在细胞核中的磷酸化水平，从而调节GRID1基因的表达。lncRNA2138干扰引起嗅觉吸引丧失后，导致多巴胺受体1对飞蝗嗅觉吸引行为的调节异常，而多巴胺受体1的激活并能够诱导群居型飞蝗表现出嗅觉吸引行为。本研究发现lncRNA2138能够调节嗅觉吸引行为，并且发现多巴胺受体1通过lncRNA调节飞蝗嗅觉吸引行为。本研究对于认识神经系统长链非编码RNA调节嗅觉行为的机理，对于加深行为型多态性和聚群行为等前沿领域问题的认识具有重要理论意义。同时对于阐明飞蝗暴发成灾的遗传与行为机理，探索“行为导向性防控”为主的害虫治理新途径具有重要的实践意义。