昆虫纲革翅目端粒 DNA 探秘：首次发现节肢动物非经典端粒基序 TTCGG

在昆虫端粒研究中，革翅目昆虫端粒 DNA 结构未知。研究人员分析了多种革翅目昆虫基因组，发现小垫跗螋（Labia minor）端粒由 TTCGG/CCGAA 重复序列构成，该基序在革翅目或广泛存在。此研究首次揭示革翅目端粒结构，拓展了已知端粒序列谱。

　　在生命的微观世界里，染色体末端的端粒就像鞋带两端的塑料帽，保护着染色体的完整性和稳定性。在昆虫的研究领域中，大部分昆虫的端粒 DNA 组织形式已逐渐明晰，但仍有不少昆虫类群的端粒结构是未解之谜，这就好比拼图中缺失的关键部分，严重阻碍了科学家们对昆虫染色体的演化历程以及端粒长度维持机制的深入探索。革翅目昆虫（也就是我们常说的蠼螋）便是其中之一，此前，它们的端粒 DNA 结构一直无人知晓。这一空白不仅限制了对革翅目昆虫自身遗传特性的理解，也影响了整个昆虫端粒研究的完整性。为了填补这一重要的知识空白，来自国外的研究人员开展了一项旨在揭示革翅目昆虫端粒 DNA 结构的研究。该研究成果发表在《COMPARATIVE Cytogenetics》上，为昆虫端粒研究领域带来了新的曙光。

研究人员为了深入探究革翅目昆虫的端粒结构，采用了多种关键技术方法。一方面，利用了达尔文生命之树项目（Darwin Tree of Life Project）生成的小垫跗螋（Labia minor）染色体水平基因组组装数据，从 GenBank 下载其各染色体核苷酸序列，对末端区域进行细致的可视化检查。另一方面，针对欧洲球螋（Forficula auricularia）、环足肥螋（Euborellia annulipes）和海边蠼螋（Anisolabis maritima），研究人员运用 GenBank 的blastn功能，在其支架水平基因组组装数据中搜索端粒样序列 。

研究结果

1. 小垫跗螋端粒结构：在小垫跗螋的染色体组装分析中，研究人员发现并非所有染色体都能清晰检测到端粒基序。染色体 1、2、4、6 以及染色体 5 和 X 的左端，未发现端粒基序的证据，这在基因组组装中是较为常见的现象，因为端粒序列本身难以准确完整组装。不过，在染色体 3、5 和 X 的右端最末端位置，研究人员发现了 TTCGG 端粒基序，同时在染色体 3 的左端发现了其反向互补序列 CCGAA。这些末端序列均由大量 TTCGG/CCGAA 重复构成，重复数量从染色体 5 的 351 次到染色体 3 左端的 481 次不等。而在所有染色体的中间位置，即使是短的 (TTCGG/CCGAA)₃和 (TTCGG/CCGAA)₄重复也极为罕见。基于这些特征，研究人员认定这些长序列的 TTCGG/CCGAA 基序为端粒序列。
2. 其他革翅目昆虫端粒线索：对于欧洲球螋、环足肥螋和海边蠼螋，由于只有支架水平基因组组装数据，研究人员利用 (TTCGG)₃₀序列进行比对搜索，发现这些组装数据中包含 (TTCGG)_n的延伸阵列，而用 (TTAGG)₃₀序列搜索则未发现 (TTAGG)_n的延伸阵列。这一结果强烈暗示 TTCGG 端粒基序很可能在这些物种中存在，进而表明该基序在革翅目昆虫中具有一定的广泛性。
3. 小垫跗螋亚端粒区域特征：研究人员还对与端粒序列相邻的亚端粒区域进行了深入分析。结果显示，小垫跗螋的亚端粒区域富含 TTCAGTT 和 TTCGGTT 的变异重复序列。这一发现符合亚端粒区域的特征，即存在与端粒基序结构相近但略有变化的短重复序列 。

研究结论与讨论

这项研究意义重大。首先，它首次揭示了革翅目昆虫的端粒 DNA 结构，为该类群的遗传学研究提供了关键的基础数据。此前，革翅目昆虫端粒结构的未知，使得其在昆虫遗传进化研究中的位置模糊不清，而现在这一发现为进一步研究革翅目昆虫的染色体演化、遗传多样性等问题提供了重要的线索。其次，TTCGG 基序在昆虫中的首次发现，极大地拓展了已知的端粒序列谱。这不仅丰富了人们对昆虫端粒多样性的认识，也为后续研究不同昆虫类群端粒序列的演化关系提供了新的视角。再者，TTCGG 基序有可能作为一个重要的特征，用于标记所研究的革翅目昆虫家族（垫跗螋科、球螋科和肥螋科），甚至整个革翅目，或者更高阶的系统发育谱系。革翅目属于多新翅类这一单系群，其他多新翅类昆虫大多具有经典的 TTAGG 端粒基序，而革翅目独特的 TTCGG 基序或许暗示着它们在进化历程中的特殊地位。革翅目与神秘且研究较少的缺翅目（Zorapera）互为姐妹群，这一发现也为未来研究缺翅目昆虫的端粒组织形式提供了参考和方向，有望进一步揭示昆虫端粒进化的复杂过程。总之，这项研究为昆虫端粒研究开辟了新的道路，后续研究可以基于此，进一步探索 TTCGG 基序在革翅目昆虫中的功能、演化机制，以及在整个昆虫纲中的分布规律等问题，从而不断完善对昆虫端粒生物学的认知 。