Метаанализ показывает, как скученность может менять экспрессию генов у некоторых насекомых

Саранча, вылупившаяся в условиях скученности, может выглядеть и вести себя иначе, чем саранча, вылупившаяся в изоляции, — даже если у них одинаковые гены. Механизм этого зависящего от плотности явления, называемого полиморфизмом, хорошо изучен у тлей и саранчи, но то, как гены регулируют эти признаки, оставалось загадкой.

Исследователи из Университета Хиросимы проанализировали наборы данных из предыдущих исследований, чтобы понять, как гены могут влиять друг на друга, меняя свою экспрессию в зависимости от условий среды. Результаты опубликованы 23 сентября в журнале Insects.

«Тли демонстрируют несколько типов крыльев, а саранча — разную окраску тела и поведение, — сказал автор-корреспондент Хидэмаса Боно. — Эти известные сельскохозяйственные вредители — представители насекомых с плотностно-зависимой пластичностью. Чтобы выявить молекулы, общие для всех или нескольких видов с таким типом пластичности, мы собрали и повторно проанализировали общедоступные данные RNA sequencing тлей и саранчи».

Данные RNA sequencing, называемые транскриптомом, — это набор различных экспрессируемых генов. Они также помогают выявить новые гены, участвующие в формировании определённых признаков. Метаанализ позволяет объединить результаты транскриптомных исследований, чтобы увидеть общую картину. В этой работе учёные проанализировали 66 общедоступных наборов транскриптомных данных по семи видам тлей и саранчи.

«Метаанализ эффективен для получения новых знаний о плотностно-зависимом полиморфизме, так как может выявить информацию, которую не найти традиционными гипотезо-ориентированными методами», — отметил первый автор Коухэй Тога.

«Это первое метаисследование, проведённое на наборах данных двух эволюционно далёких линий. Оно выявило множество плотностно-зависимых генов, которые редко были в фокусе исследований молекулярных механизмов такой пластичности».

В частности, исследователи обнаружили, что в условиях скученности усиливаются процессы репликации ДНК, метаболизма ДНК и митотического клеточного цикла. По словам Тоги, результаты подчёркивают важность этих процессов — редко бывших в центре внимания в этой области — как регуляторных механизмов.

Также были выявлены расхождения с некоторыми исследованиями. Например, ген, связанный с пигментацией у более стадных особей саранчи, оказался более экспрессирован в условиях изоляции. Сравнив данные других работ, учёные отнесли этот ген к категории генов, повышающих экспрессию при окислительном стрессе. По мнению Боно, окислительный стресс — более вероятное объяснение высокой экспрессии гена у одиночной саранчи, чем скученность.

«Мы также обнаружили, что модификации нервной системы могут играть важную роль в индукции плотностно-зависимых фенотипических изменений у двух линий, — пояснил Боно. — Несколько генов, функционирующих в нервной системе и ведущих к поведенческим изменениям, усиливали активность в условиях изоляции».

По словам Тоги, благодаря большому объёму данных из множества исследований, которые служат перекрёстной проверкой предыдущих гипотез, выводы можно в целом применить к другим видам с плотностно-зависимым полиморфизмом.

«С ростом объёма общедоступных данных RNA sequencing метаанализ, объединяющий данные нескольких исследований, успешно даёт новые представления о целевых биологических процессах, — сказал Тога. — Мы надеемся, что функциональный анализ генов, выявленных в этом исследовании, приведёт к разработке методов контроля роста тлей и саранчи. Также мы надеемся прояснить, как организмы реагируют и адаптируются к плотности, применяя метаанализ к различным видам».