Последовательность генома и шелковомика веретенообразной горностаевой моли Yponomeuta cagnagella, представляющей раннюю дивергентную линию двукрылых чешуекрылых.

Биология связи, том 5, Номер статьи: 1281 (2022) Цитировать эту статью

1294 Доступа

2 цитаты

9 Альтметрика

Подробности о метриках

Многие виды чешуекрылых производят шелк, коконы, питательные трубки или гнезда для защиты гусениц и куколок от хищников и паразитов. Тем не менее, число видов чешуекрылых, состав шелка которых подробно изучен, очень невелико, поскольку гены, кодирующие основные структурные белки шелка, имеют тенденцию быть большими и повторяющимися, что затрудняет их сборку и анализ последовательности. Здесь мы проанализировали шелк Yponomeuta cagnagella, который представляет собой одну из ранних расходящихся линий дитризиевых чешуекрылых, что улучшает охват отряда. Чтобы получить полный список генов шелка Y. cagnagella, мы секвенировали и собрали черновой вариант генома с использованием технологий Oxford Nanopore и Illumina. Мы использовали транскриптом шелковой железы и протеом шелка для идентификации основных компонентов шелка и подтвердили тканевую специфичность экспрессии отдельных генов. Приведена подробная аннотация основных генов и их предполагаемых продуктов, включая их полные последовательности и экзон-интронные структуры. Также показана морфология шелковых желез и волокон. Это исследование заполняет важный пробел в нашем растущем понимании структуры, эволюции и функции генов шелка и предоставляет геномные ресурсы для будущих исследований химической экологии видов Yponomeuta.

Шелк – это функциональный термин, используемый для описания белковых волокон, сплетенных рядом членистоногих, и охватывает широкий спектр различных материалов1. Все более широкое применение технологий омики для характеристики нуклеотидных и белковых последовательностей, специфичных для компонентов шелка, выявляет поразительную изменчивость свойств шелка у разных таксонов членистоногих2,3,4,5. Была выдвинута гипотеза, что шелка с разными доминирующими белковыми структурами имеют разное эволюционное происхождение. Растущее число исследований на пауках6, мотыльках2,7, ручейниках8,9 и медоносных пчелах10,11 позволяет предположить, что производство шелка развивалось независимо в разных группах. Насекомые используют разные типы желез для секреции шелка и производят различные белковые выделения. Действительно, шелк насекомых мог эволюционировать независимо в 23 линиях1. Однако личинки как Lepidoptera, так и Trichoptera (сестринские группы, образующие супраотряд Amphiesmenoptera) производят шелковые волокна, содержащие L- и H-фиброины, в своих губных железах, а их основные шелковые белки имеют общее происхождение12. Было высказано предположение, что производство этого типа шелка сохранилось более 300 миллионов лет13.

Шелк, вырабатываемый гусеницами чешуекрылых, секретируется парой специализированных губных (слюнных) желез, называемых шелковыми железами (ШЖ). Смесь белков шелка сохраняется в просвете шелковой железы в виде густого раствора, затвердевающего после прядения. Хотя общая структура шелка схожа, отдельные белки у чешуекрылых могут сильно различаться. В зависимости от растворимости белки шелка традиционно делят на две группы: нерастворимые белки фиброина, которые образуют две сердцевинные нити, и белки серицина, растворимые в горячей воде, которые образуют гидрофильное покрытие и скрепляют нити в волокна14,15. Фиброины производятся задней частью шелковых желез (ПСГ), в то время как покровные белки постепенно добавляются к шелку, хранящемуся в средних шелковых железах (МСГ). Передняя часть шелковых желез (ASG), по-видимому, не производит никакого шелкового компонента и служит выходом железы14. Белки оболочки демонстрируют большую гетерогенность между видами как по количеству содержащихся в них белков, так и по последовательностям отдельных компонентов16.

Детальный анализ компонентов шелка был проведен у нескольких представителей семейств бабочек Bombycidae17, Saturniidae18, Pyralidae19, Nolidae5, Tineidae7 и Psychidae20, при этом большинство видов принадлежит к высшему Ditrysia, который составляет более 98% современного разнообразия чешуекрылых12. Однако обнаружение белков шелка у вновь изученных видов затруднено повторяющимся характером их последовательностей и низким сходством последовательностей даже между видами одного семейства. Потери и дупликации генов в сочетании с быстрыми изменениями последовательностей делают идентификацию отдельных генов, кодирующих белки оболочки, на основе сходства весьма затруднительной16. Следовательно, полноразмерные последовательности и экзон-интронная архитектура генов шелка часто отсутствуют.