ディトリシアン鱗翅目の初期分岐系統を代表する紡錘オコジョ蛾、Yponomeuta cagnagella のゲノム配列とシルコミクス

Communications Biology volume 5、記事番号: 1281 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

鱗翅目の多くの種は、毛虫や蛹を捕食者や寄生虫から守るために、糸、繭、給餌管、または巣を作ります。 しかし、シルク組成が詳細に研究されている鱗翅目種の数は非常に少ない。その理由は、主要な構造シルクタンパク質をコードする遺伝子が大きくて反復的な傾向があり、それらのアセンブリと配列分析が困難だからである。 今回我々は、ディトリシアン鱗翅目の初期分岐系統の一つであるYponomeuta cagnagellaの糸を分析し、この目の範囲を改善した。 Y. cagnagella シルク遺伝子の包括的なリストを取得するために、Oxford Nanopore および Illumina テクノロジーを使用してドラフトゲノムを配列決定し、組み立てました。 我々は、絹糸腺トランスクリプトームと絹プロテオームを使用して主要な絹成分を同定し、個々の遺伝子の発現の組織特異性を検証しました。 主要な遺伝子とそれらの推定産物の詳細な注釈が、それらの完全な配列とエクソン - イントロン構造を含めて提供されます。 絹糸腺と繊維の形態も示されています。 この研究は、シルク遺伝子の構造、進化、機能に関する理解の深まりにおける重要なギャップを埋めるものであり、Yponomeuta 種の化学生態に関する将来の研究のためのゲノムリソースを提供します。

シルクは、多くの節足動物の系統によって紡がれたタンパク質繊維を表すために使用される機能用語であり、広範囲の異なる素材が含まれます1。 シルク成分に特有のヌクレオチドおよびタンパク質配列を特徴付けるためのオミクス技術の応用が増加しており、節足動物分類群全体でシルクの特性に顕著なばらつきがあることが明らかになってきています2、3、4、5。 異なる主要なタンパク質構造を持つシルクは異なる進化的起源を持っているという仮説が立てられています。 クモ 6、ガ 2,7、トビケラ 8,9、ミツバチ 10,11 を対象とした研究が増えており、絹の生産が異なるグループで独立して進化したことが示唆されています。 昆虫は絹糸の分泌にさまざまな種類の腺を使用し、さまざまなタンパク質分泌物を生成します。 実際、昆虫の糸は 23 系統で独立して進化した可能性があります 1。 しかし、鱗翅目と毛翅目（両翅目上目を構成する姉妹群）の両方の幼虫は、唇腺で L-フィブロインと H-フィブロインを含む絹繊維を生成し、それらの主要な絹タンパク質は共通の起源を持っています12。 このタイプのシルクの生産は 3 億年以上保存されてきたことが示唆されています 13。

鱗翅目の毛虫によって生成される絹糸は、絹糸腺 (SG) と呼ばれる一対の特殊な唇 (唾液) 腺から分泌されます。 絹タンパク質の混合物は、紡糸後に固化する濃厚な溶液として絹糸腺の内腔に保存されます。 全体的なシルクの構造は似ていますが、鱗翅目では個々のタンパク質が大きく異なる場合があります。 溶解度に応じて、シルクタンパク質は伝統的に 2 つのグループに分けられます。1 つは 2 本のコアフィラメントを形成する不溶性のフィブロインタンパク質で、もう 1 つは熱水に可溶なセリシンタンパク質で、親水性コーティングを形成してフィラメントを繊維に封入します 14,15。 フィブロインは絹糸腺の後部 (PSG) で生成され、コーティングタンパク質は中部絹糸腺 (MSG) に蓄えられた絹糸に徐々に追加されます。 絹糸腺の前部（ASG）は明らかに絹成分を生成せず、腺の出口として機能します14。 コーティングタンパク質は、含まれるタンパク質の数と個々の成分の配列の両方において、種間で大きな不均一性を示します16。

シルク成分の詳細な分析は、蛾科カイコ科 17、サトゥルニ科 18、ガ科 19、ノリ科 5、タイネイ科 7 およびシキ科 20 の代表的ないくつかで行われており、ほとんどの種は現存する鱗翅目多様性の 98% 以上を構成する高等ディトリシアに属しています 12。 しかし、新たに研究された種におけるシルクタンパク質の検出は、その配列の反復性と、同じ科の種間であっても配列類似性が低いことによって妨げられています。 急速な配列変化と組み合わされた遺伝子の欠失と重複により、類似性に基づいてコートタンパク質をコードする個々の遺伝子を同定することが非常に困難になります16。 その結果、シルク遺伝子の全長配列とエキソン-イントロン構造が欠落していることがよくあります。