トランスクリプトーム解析の結果、カドミウムの毒性がオオグモPirata subpiraticusの耐寒性に及ぼす影響を明らかにした

Transcriptome sequencing reveals the effects of cadmium toxicity on the cold tolerance of the wolf spider Pirata subpiraticus.

• Bo Lv
• Juan Wang
• Junzhe Zhuo
• Huilin Yang
• Sufang Yang
• Zhi Wang
• Qisheng Song

抄録

田んぼの害虫の優勢な捕食者として、クモは古くからカドミウム（Cd）汚染にさらされてきた。越冬期のクモの生存性は春の個体数増加と密接に関係しているが、カドミウムがクモの寒冷硬性生存に及ぼす影響やその下降機序については不明な点が多い。本研究では、カドミウムストレス下でオオグモPirata subpiraticusのいくつかの成長パラメータ（体長、幅、質量、居住性）が明瞭に変化することを明らかにした。そこで、カドミウムの毒性がクモに与える影響を分子レベルで調べるために、周囲の温度変化を受けたクモを対象にRNAシーケンスを行った。トランスクリプトームデータからは、比較対象として合計807個の異なる発現遺伝子（DEG）が得られた。得られたDEGは主に酸化還元酵素活性や脂質輸送などの代謝関連プロセスと関連しており、グリセロール、アルギニン、システイン、ヒートショックタンパク質、グルコース、マンノースなど、報告されている凍結保護剤と関連しているDEGは25個であった。成長因子（インスリン成長因子、血小板由来成長因子、形質転換成長因子）やチトクロームP450をコードする遺伝子がクモで劇的に発現した。さらに、転写因子(TF)ファミリーの特徴を解析したところ、ZBTBのTFが最も特徴的な変化を示した。以上のことから、クモは低温環境下ではカドミウムの影響を受け、エネルギー物質や凍結保護剤、免疫関連成分の代謝に関わる遺伝子を発現することで、カドミウムストレスに対応できることが明らかになった。

As the predominant predator of pests in rice fields, spiders have been exposed to cadmium (Cd) pollution for a long time. The livability of spiders during the overwintering period is closely related to population growth in spring, but the effects of Cd on spider's survival of cold hardness and the underlining mechanism remain unclear. In the present study, we found that some growth parameters (body length, width, mass and livability) in the wolf spider Pirata subpiraticus were altered distinctively under Cd stress. To investigate the effects of Cd toxicity on the spider at molecular levels, RNA-sequencing was performed on the spiderlings undergoing ambient temperature alterations. Transcriptome data showed that a total of 807 differentially expressed genes (DEGs) were yielded in the comparison. The obtained DEGs were mainly linked with metabolism-related process, including oxidoreductase activity and lipid transport, and 25 DEGs were associated with the reported cryoprotectants, including glycerol, arginine, cysteine, heat shock protein, glucose and mannose. Growth factors (insulin growth factor, platelet-derived growth factor and transforming growth factor) and cytochrome P450 encoding genes were dramatically expressed in the spider. Furthermore, transcriptional factors (TFs) family were characterized according to the transcriptomic profile, and ZBTB TFs were represented the most distinctive alterations in the characterized genes. Collectively, our study illustrated that Cd poses disadvantageous effects on the growth of P. subpiraticus at cold ambient temperature, and the spiders are capable of responding to the adverse Cd stress by expressing the genes involved in the metabolism of energy substances, cryoprotectants and immune-related components.

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