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ツェツェツェバエ種間での化学感覚遺伝子のオーソログの拡大とツェツェバエにおけるその発現
Expansions of chemosensory gene orthologs among selected tsetse fly species and their expressions in Glossina morsitans morsitans tsetse fly.
PMID: 32589659 DOI: 10.1371/journal.pntd.0008341.
抄録
ツェツェバエは、化学感覚タンパク質のレパートリーの違いを背景に、種特異的な嗅覚の特異性を示している。我々は、1）カフェ分析を用いて、Glossina morsitans morsitans、Glossina pallidipes、Glossina austeni、Glossina palpalis gambiensis、Glossina fuscipes fuscipes、Glossina brevipalpis ツェツェバエの化学感覚タンパク質のオルソログの拡大（種特異的な拡大を同定するため）、および2）オスのG.m. morsitans の触角と頭部組織におけるオルソログと関連タンパク質の発現の違いを RNA-Seq 法を用いて明らかにした（関連する機能的分子経路を確立する）。我々は、G. m. morsitansのオドラント受容体(Or)71a, Or46a, Ir75a,d, イオノトロピック受容体(Ir)31a, Ir84a, Ir64a, オドラント結合タンパク質(Obp)83a-b)、G. m. pallidipes Or67a,Or46a, Ir75a,d, イオノトロピック受容体(Ir)31a, Ir84a, Ir64a, オドラント結合タンパク質(Obp)83a-bの遺伝子ファミリーの加速的かつ有意な拡大を確立した。pallidipes Or67a,c、Or49a、Or92a、Or85b-c,fおよびObp73a、G. fuscipes Ir21a、味覚受容体（Gr）21aおよびGr63a）、G. p. gambiensis clumsy、Ir25aおよびIr8a、G. brevipalpis Ir68a、および各ツェツェツェバエ種における欠失したオルソログ。雄のG. m. morsitansで最も多く発現した転写物は、特異的なOr(Or)であった。morsitansは、特定のOr（Orco、Or56a、65a-c、Or47b、Or67b、GMOY012254、GMOY009475、およびGMOY006265）、Gr（Gr21a、Gr63a。GMOY013297およびGMOY013298）、Ir（Ir8a、Ir25aおよびIr41a）およびObp（Obp19a、lush、Obp28a、Obp83a-b Obp44a、GMOY012275およびGMOY013254）のオルソログ。頭部の生物学的プロセスのほとんどの濃縮は、視覚、筋活動および神経ペプチド調節、アミノ酸/核酸代謝および循環系プロセスに関連していた。触角の濃縮（化学感覚転写物の90％以上）には、繊毛関連メカノレセプター、化学感覚、神経細胞の制御された成長/分化、再生/ストレスへの応答が含まれていた。拡張されたテツセツバエ種特異的オルソログは、既知のテツセツバエ応答性リガンド（４-メチルフェノール、４-プロピルフェノール、酢酸、ブタノールおよび二酸化炭素）および潜在的なテツセツバエ種特異的応答性リガンド（２-オキソペンタン酸、フェニルアセトアルデヒド、ヒドロキシ桂皮酸、２-ヘプタノン、カフェイン、ジオスミン、ＤＥＥＴおよび（ｃＶＡ）フェロモン）に関連したものを含んでいる。いくつかのオルソログは、潜在的に、いくつかのツェツェツェバエ種特異的行動（男性-男性の求愛、飢餓／宿主の探索、冷涼回避、交感神経および摂食）の表現型を調節することができる。推定されるツェツェツェバエ特異的な化学感覚遺伝子のオルソログとそのリガンドは、下流の機能的ゲノミクスおよびフィールドでの評価のための候補遺伝子ターゲットおよびカイロモンを提供し、種特異的なツェツェツェバエの誘引剤、忌避剤、およびその他のツェツェツェバエ行動調節因子のツールボックスを効果的に拡張することができる。
Tsetse fly exhibit species-specific olfactory uniqueness potentially underpinned by differences in their chemosensory protein repertoire. We assessed 1) expansions of chemosensory protein orthologs in Glossina morsitans morsitans, Glossina pallidipes, Glossina austeni, Glossina palpalis gambiensis, Glossina fuscipes fuscipes and Glossina brevipalpis tsetse fly species using Café analysis (to identify species-specific expansions) and 2) differential expressions of the orthologs and associated proteins in male G. m. morsitans antennae and head tissues using RNA-Seq approaches (to establish associated functional molecular pathways). We established accelerated and significant (P<0.05, λ = 2.60452e-7) expansions of gene families in G. m. morsitans Odorant receptor (Or)71a, Or46a, Ir75a,d, Ionotropic receptor (Ir) 31a, Ir84a, Ir64a and Odorant binding protein (Obp) 83a-b), G. pallidipes Or67a,c, Or49a, Or92a, Or85b-c,f and Obp73a, G. f. fuscipes Ir21a, Gustatory receptor (Gr) 21a and Gr63a), G. p. gambiensis clumsy, Ir25a and Ir8a, and G. brevipalpis Ir68a and missing orthologs in each tsetse fly species. Most abundantly expressed transcripts in male G. m. morsitans included specific Or (Orco, Or56a, 65a-c, Or47b, Or67b, GMOY012254, GMOY009475, and GMOY006265), Gr (Gr21a, Gr63a, GMOY013297 and GMOY013298), Ir (Ir8a, Ir25a and Ir41a) and Obp (Obp19a, lush, Obp28a, Obp83a-b Obp44a, GMOY012275 and GMOY013254) orthologs. Most enriched biological processes in the head were associated with vision, muscle activity and neuropeptide regulations, amino acid/nucleotide metabolism and circulatory system processes. Antennal enrichments (>90% of chemosensory transcripts) included cilium-associated mechanoreceptors, chemo-sensation, neuronal controlled growth/differentiation and regeneration/responses to stress. The expanded and tsetse fly species specific orthologs includes those associated with known tsetse fly responsive ligands (4-methyl phenol, 4-propyl phenol, acetic acid, butanol and carbon dioxide) and potential tsetse fly species-specific responsive ligands (2-oxopentanoic acid, phenylacetaldehyde, hydroxycinnamic acid, 2-heptanone, caffeine, geosmin, DEET and (cVA) pheromone). Some of the orthologs can potentially modulate several tsetse fly species-specific behavioral (male-male courtship, hunger/host seeking, cool avoidance, hygrosensory and feeding) phenotypes. The putative tsetse fly specific chemosensory gene orthologs and their respective ligands provide candidate gene targets and kairomones for respective downstream functional genomic and field evaluations that can effectively expand toolbox of species-specific tsetse fly attractants, repellents and other tsetse fly behavioral modulators.