Published October 1, 2019 | Version v1
Publication Open

Comparative Transcriptomic Analysis Reveals Molecular Profiles of Central Nervous System in Maternal Diapause Induction of <i>Locusta migratoria</i>

Creators

  • 1. Chinese Academy of Agricultural Sciences
  • 2. Institute of Plant Protection
  • 3. Pacific Southwest Research Station
  • 4. University of Swabi

Description

Egg diapause in Locusta migratoria L. (Orthoptera: Acridoidea) is believed to be influenced by maternal photoperiod. However, the molecular mechanism regulating the phenomenon of maternal diapause induction is unclear. Here we performed transcriptomic analyses from the central nervous system (CNS) of migratory locusts under long and short photoperiods to identify differentially expressed genes (DEGs) related to diapause induction. There were total of 165750 unigenes from 569491 transcripts, and 610 DEGs were obtained in S_CNS (CNS of short photoperiod treated locusts) vs. L_CNS (CNS of long photoperiod treated locusts). Of these, 360 were up-regulated, 250 were down-regulated, and 84 DEGs were found to be related to FOXO signaling pathways, including citrate cycle/TCA cycle, glycolysis/ gluconeogenesis, oxidative phosphorylation, and PI3K-Akt. The qRT-PCR validation of mRNA expression of 12 randomly selected DEGs showed consistency with transcriptome analysis. Furthermore, the takeout gene thought to be involved in circadian rhythm was cloned and used for RNAi to observe its function in maternal diapause induction. We found that the mRNA level of Lm-takeout was significantly lower in dstakeout treatments as compared to the control under both long and short photoperiods. Similarly, the offspring diapause rate was significantly higher in dstakeout treatment as compared to the control only in short photoperiod. This shows that the Lm-takeout gene might be involved in the inhibition of maternal diapause induction of L. migratoria under short photoperiods. The present study provides extensive data of the CNS transcriptome and particular insights into the molecular mechanisms of maternal effects on egg diapause of L. migratoria As well for the future, the researchers can explore other factors and genes that may promote diapause in insect species.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

يُعتقد أن انقطاع البويضة في Locusta migratoria L. (Orthoptera: Acridoidea) يتأثر بالفترة الضوئية للأم. ومع ذلك، فإن الآلية الجزيئية التي تنظم ظاهرة تحريض انقطاع الطمث غير واضحة. هنا أجرينا تحليلات النسخ من الجهاز العصبي المركزي (CNS) للجراد المهاجر تحت فترات ضوئية طويلة وقصيرة لتحديد الجينات المعبر عنها بشكل تفاضلي (DEGs) المتعلقة بتحريض الإياس. كان هناك ما مجموعه 165750 جراد أحادي من 569491 نسخة، وتم الحصول على 610 DEGs في S_CNS (الجهاز العصبي المركزي للجراد المعالج بالفترة الضوئية القصيرة) مقابل L_CNS (الجهاز العصبي المركزي للجراد المعالج بالفترة الضوئية الطويلة). من بين هذه، تم رفع 360 درجة، وتم خفض 250 درجة، وتم العثور على 84 درجة مرتبطة بمسارات إرسال إشارات FOXO، بما في ذلك دورة السيترات/دورة TCA، وتحلل السكر/ تكوين السكر، والفسفرة التأكسدية، و PI3K - Akt. أظهر التحقق من صحة qRT - PCR لتعبير mRNA لـ 12 DEGs تم اختيارها عشوائيًا اتساقًا مع تحليل transcriptome. علاوة على ذلك، تم استنساخ جين الإخراج الذي يُعتقد أنه يشارك في إيقاع الساعة البيولوجية واستخدامه في RNAi لمراقبة وظيفته في تحريض انقطاع الطمث. وجدنا أن مستوى الحمض النووي الريبوزي المرسال لم يكن أقل بكثير في علاجات dstakeout مقارنة بالتحكم في كل من الفترات الضوئية الطويلة والقصيرة. وبالمثل، كان معدل توقف النسل أعلى بكثير في معالجة dstakeout مقارنة بالتحكم فقط في الفترة الضوئية القصيرة. وهذا يدل على أن جين Lm - takeout قد يكون متورطًا في تثبيط تحريض توقف الأمهات لـ L. migratoria تحت فترات ضوئية قصيرة. توفر هذه الدراسة بيانات مستفيضة عن ترانسكريبتوم الجهاز العصبي المركزي ورؤى خاصة حول الآليات الجزيئية لتأثيرات الأم على انقطاع البويضة من L. migratoria. بالإضافة إلى ذلك، بالنسبة للمستقبل، يمكن للباحثين استكشاف العوامل والجينات الأخرى التي قد تعزز انقطاع البويضة في أنواع الحشرات.

Translated Description (French)

La diapause des œufs chez Locusta migratoria L. (Orthoptera : Acridoidea) serait influencée par la photopériode maternelle. Cependant, le mécanisme moléculaire régulant le phénomène d'induction de la diapause maternelle n'est pas clair. Ici, nous avons effectué des analyses transcriptomiques du système nerveux central (SNC) des criquets migrateurs sous des photopériodes longues et courtes pour identifier les gènes différentiellement exprimés (DEG) liés à l'induction de la diapause. Il y avait un total de 165750 unigènes de 569491 transcriptions, et 610 DEG ont été obtenus dans S_CNS (SNC de criquets traités par photopériode courte) vs L_CNS (SNC de criquets traités par photopériode longue). Parmi ceux-ci, 360 étaient régulés à la hausse, 250 étaient régulés à la baisse et 84 DEG étaient liés aux voies de signalisation FOXO, y compris le cycle citrate/cycle TCA, la glycolyse/ gluconéogenèse, la phosphorylation oxydative et PI3K-Akt. La validation qRT-PCR de l'expression de l'ARNm de 12 DEG sélectionnés au hasard a montré une cohérence avec l'analyse du transcriptome. De plus, le gène à emporter supposé être impliqué dans le rythme circadien a été cloné et utilisé pour que l'ARNi observe sa fonction dans l'induction de la diapause maternelle. Nous avons constaté que le niveau d'ARNm de Lm-takeout était significativement plus faible dans les traitements dstakeout par rapport au contrôle sous des photopériodes longues et courtes. De même, le taux de diapause de la progéniture était significativement plus élevé dans le traitement dstakeout par rapport au contrôle uniquement en courte photopériode. Cela montre que le gène Lm-takeout pourrait être impliqué dans l'inhibition de l'induction de la diapause maternelle de L. migratoria sous de courtes photopériodes. La présente étude fournit des données détaillées sur le transcriptome du SNC et des informations particulières sur les mécanismes moléculaires des effets maternels sur la diapause des œufs de L. migratoria. De plus, pour l'avenir, les chercheurs peuvent explorer d'autres facteurs et gènes qui peuvent favoriser la diapause chez les espèces d'insectes.

Translated Description (Spanish)

Se cree que la diapausa del huevo en Locusta migratoria L. (Orthoptera: Acridoidea) está influenciada por el fotoperíodo materno. Sin embargo, el mecanismo molecular que regula el fenómeno de la inducción de la diapausa materna no está claro. Aquí realizamos análisis transcriptómicos del sistema nervioso central (SNC) de langostas migratorias bajo fotoperiodos largos y cortos para identificar genes expresados diferencialmente (DEG) relacionados con la inducción de la diapausa. Hubo un total de 165750 unigenes de 569491 transcritos, y se obtuvieron 610 DEG en S_CNS (SNC de langostas tratadas con fotoperiodo corto) frente a L_CNS (SNC de langostas tratadas con fotoperiodo largo). De estos, 360 estaban regulados al alza, 250 estaban regulados a la baja y se encontró que 84 DEG estaban relacionados con las vías de señalización de FOXO, incluido el ciclo de citrato/ciclo de TCA, la glucólisis/ gluconeogénesis, la fosforilación oxidativa y PI3K-Akt. La validación qRT-PCR de la expresión de ARNm de 12 DEG seleccionados aleatoriamente mostró consistencia con el análisis del transcriptoma. Además, el gen de extracción que se cree que está involucrado en el ritmo circadiano se clonó y se utilizó para que el ARNi observara su función en la inducción de la diapausa materna. Encontramos que el nivel de ARNm de Lm-takeout fue significativamente menor en los tratamientos de dstakeout en comparación con el control en fotoperiodos largos y cortos. De manera similar, la tasa de diapausa de la descendencia fue significativamente mayor en el tratamiento de dstakeout en comparación con el control solo en fotoperíodo corto. Esto muestra que el gen de eliminación de Lm podría estar involucrado en la inhibición de la inducción de la diapausa materna de L. migratoria en fotoperíodos cortos. El presente estudio proporciona datos extensos del transcriptoma del SNC y conocimientos particulares sobre los mecanismos moleculares de los efectos maternos en la diapausa del huevo de L. migratoria. Además, para el futuro, los investigadores pueden explorar otros factores y genes que pueden promover la diapausa en especies de insectos.

Files

g3journal3287.pdf.pdf

Files (93 Bytes)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
93 Bytes
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يكشف التحليل النسخي المقارن عن التشكيلات الجزيئية للجهاز العصبي المركزي في تحريض الجراد المهاجر أثناء <i>انقطاع</i> الأمومة
Translated title (French)
L'analyse transcriptomique comparative révèle des profils moléculaires du système nerveux central dans l'induction de la diapause maternelle de <i>Locusta migratoria</i>
Translated title (Spanish)
El análisis transcriptómico comparativo revela perfiles moleculares del sistema nervioso central en la inducción de la diapausa materna de <i>Locusta migratoria</i>

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2969046718
DOI
10.1534/g3.119.400475

Is supplement to
https://openalex.org/W2377734380 (Other)
https://openalex.org/W2169877438 (Other)
https://openalex.org/W2069540037 (Other)
https://openalex.org/W2053876403 (Other)
https://openalex.org/W2046900364 (Other)
https://openalex.org/W2038560852 (Other)
https://openalex.org/W2034592228 (Other)
https://openalex.org/W2016933910 (Other)
https://openalex.org/W1981789966 (Other)
https://openalex.org/W165103325 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Pakistan

References

  • https://openalex.org/W1489145507
  • https://openalex.org/W165103325
  • https://openalex.org/W1743001680
  • https://openalex.org/W180112362
  • https://openalex.org/W1963965423
  • https://openalex.org/W1964837069
  • https://openalex.org/W1965504282
  • https://openalex.org/W1965708637
  • https://openalex.org/W1965919153
  • https://openalex.org/W1967977779
  • https://openalex.org/W1971414696
  • https://openalex.org/W1974465530
  • https://openalex.org/W1988655325
  • https://openalex.org/W1994171667
  • https://openalex.org/W1995023912
  • https://openalex.org/W1999174895
  • https://openalex.org/W2003900512
  • https://openalex.org/W2008355987
  • https://openalex.org/W2009464013
  • https://openalex.org/W2009815448
  • https://openalex.org/W2010701900
  • https://openalex.org/W2014535794
  • https://openalex.org/W2014761974
  • https://openalex.org/W2017338853
  • https://openalex.org/W2023241803
  • https://openalex.org/W2024536570
  • https://openalex.org/W2025840538
  • https://openalex.org/W2027222718
  • https://openalex.org/W2029872343
  • https://openalex.org/W2036204752
  • https://openalex.org/W2037223157
  • https://openalex.org/W2039128629
  • https://openalex.org/W2039728680
  • https://openalex.org/W2046626735
  • https://openalex.org/W2048712716
  • https://openalex.org/W2050798853
  • https://openalex.org/W2054512979
  • https://openalex.org/W2056780107
  • https://openalex.org/W2058193823
  • https://openalex.org/W2064001602
  • https://openalex.org/W2065829078
  • https://openalex.org/W2068349936
  • https://openalex.org/W2069329426
  • https://openalex.org/W2070104511
  • https://openalex.org/W2084723041
  • https://openalex.org/W2107060225
  • https://openalex.org/W2107277218
  • https://openalex.org/W2115400898
  • https://openalex.org/W2124487534
  • https://openalex.org/W2126163824
  • https://openalex.org/W2126419817
  • https://openalex.org/W2143621972
  • https://openalex.org/W2152846739
  • https://openalex.org/W2166046183
  • https://openalex.org/W2171575335
  • https://openalex.org/W2187454597
  • https://openalex.org/W2192080449
  • https://openalex.org/W2257443090
  • https://openalex.org/W2412319020
  • https://openalex.org/W24396430
  • https://openalex.org/W2577483070
  • https://openalex.org/W2739808354
  • https://openalex.org/W2743870153
  • https://openalex.org/W2769193662
  • https://openalex.org/W2914280953
  • https://openalex.org/W2937810299
  • https://openalex.org/W2976708860
  • https://openalex.org/W4239313892
  • https://openalex.org/W589124630