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ショウジョウバエメラノガスターにおける酢酸、エタノール、2-フェニルエタノール暴露に対する転写応答性遺伝子の同定
Identification of transcriptional responsive genes to acetic acid, ethanol, and 2-phenylethanol exposure in Drosophila melanogaster.
PMID: 32359537 DOI: 10.1016/j.pestbp.2020.02.018.
抄録
ショウジョウバエ（D. melanogaster）は、熟しすぎた果実、腐った果実、発酵している果実、腐敗している果実などに多く生息しており、酢酸、エタノール、2-フェニルエタノールなどの化学的ストレス要因に常にさらされています。D. melanogasterは、様々なタイプの化学物質耐性の分子基盤を研究するためのモデル系として採用されています。酢酸、エタノール、2-フェニルエタノールへの曝露に対する進化的適応と関連すると考えられる遺伝子発現の変化を同定するために、Illuminaシークエンシングを用いた発現プロファイリングを行った。その結果、対照群と比較して化学処理群では、3種類の化学物質に対する感受性や耐性に影響を及ぼす可能性のある遺伝子を合計457個同定した。遺伝子セット濃縮解析の結果、代謝、多細胞生物の生殖、嗅覚、シグナル伝達の調節、ストレス耐性に関与する遺伝子が化学物質曝露に応じて過剰に発現していることが明らかになった。さらに、化学物質曝露後には、TollおよびImmdシグナル伝達経路の遺伝子が協調的にアップレギュレーションされていることが明らかになった。定量的逆転写 PCR 解析の結果、RNA シーケンシングで同定された遺伝子のうち、9 つの遺伝子の発現レベルが化学物質曝露により上昇または下降していることが明らかになった。これらの結果から、このような異なる発現を示す遺伝子は、化学物質への曝露によって協調的に影響を受けていることが示唆された。D. melanogaster を 3 種類の化学物質に曝露した後の転写解析は、その後の昆虫種の環境ストレス要因に対する進化的適応のメカニズムを解明するためのユニークな知見を提供している。
The fruit fly, Drosophila melanogaster, is predominantly found in overripe, rotten, fermenting, or decaying fruits and is constantly exposed to chemical stressors such as acetic acid, ethanol, and 2-phenylethanol. D. melanogaster has been employed as a model system for studying the molecular bases of various types of chemical-induced tolerance. Expression profiling using Illumina sequencing has been performed for identifying changes in gene expression that may be associated with evolutionary adaptation to exposure of acetic acid, ethanol, and 2-phenylethanol. We identified a total of 457 differentially expressed genes that may affect sensitivity or tolerance to three chemicals in the chemical treatment group as opposed to the control group. Gene-set enrichment analysis revealed that the genes involved in metabolism, multicellular organism reproduction, olfaction, regulation of signal transduction, and stress tolerance were over-represented in response to chemical exposure. Furthermore, we also detected a coordinated upregulation of genes in the Toll- and Imd-signaling pathways after the chemical exposure. Quantitative reverse transcription PCR analysis revealed that the expression levels of nine genes within the set of genes identified by RNA sequencing were up- or downregulated owing to chemical exposure. Taken together, our data suggest that such differentially expressed genes are coordinately affected by chemical exposure. Transcriptional analyses after exposure of D. melanogaster with three chemicals provide unique insights into subsequent functional studies on the mechanisms underlying the evolutionary adaptation of insect species to environmental chemical stressors.
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