2022年1月11日，Nature子刊Communications Biology在線發(fā)表了中國檢科院首席科學(xué)家朱水芳科研團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜完成的研究論文“Chromosome-level genome assembly of Bactrocera dorsalis reveals its adaptation and invasion mechanisms”。該研究報(bào)道了橘小實(shí)蠅染色體水平基因組，并從多個(gè)角度揭示了橘小實(shí)蠅在全球入侵過程中的環(huán)境適應(yīng)性及其復(fù)合體種類豐富的分子機(jī)制，為橘小實(shí)蠅的入侵防控提供了新思路與新方法。百邁客有幸作為共同作者參與本項(xiàng)研究。

 

 

橘小實(shí)蠅（Bactrocera dorsalis）是世界重大入侵害蟲，可危害250余種果蔬，被列入我國首批重點(diǎn)管理外來入侵物種名錄。橘小實(shí)蠅宿主廣且定殖傳播力強(qiáng)，與其他實(shí)蠅類害蟲競爭易成為優(yōu)勢種，一旦傳入非疫區(qū)將造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)重威脅生物安全。目前橘小實(shí)蠅已在全球六大洲至少65個(gè)國家造成危害，而其基因組信息的缺乏使得相關(guān)防控研究難以進(jìn)一步開展。

本研究借助三代PacBio和HiC等測序技術(shù)，構(gòu)建了高質(zhì)量染色體水平的橘小實(shí)蠅基因組，最終組裝大小為542.04 Mb，contigN50=1.12Mb。比較基因組研究發(fā)現(xiàn)橘小實(shí)蠅的特有基因家族以及發(fā)生擴(kuò)張的基因家族，主要富集在與新陳代謝和防御響應(yīng)相關(guān)的通路中，其中DDE超家族核酸內(nèi)切酶、熱休克蛋白Hsps、嗅覺受體ORs等基因家族在橘小實(shí)蠅中發(fā)生顯著擴(kuò)張。

圖1?橘小實(shí)蠅基因組共線性分析圖

 

作者進(jìn)一步結(jié)合不同逆境條件處理下的轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，分析推測出橘小實(shí)蠅中熱休克蛋白的相對穩(wěn)定高表達(dá)是其快速適應(yīng)逆境的內(nèi)在機(jī)制。并發(fā)現(xiàn)在高溫條件下，p38 MAPK通路關(guān)鍵基因表現(xiàn)為應(yīng)激性高表達(dá)，表明p38MAPK信號通路在橘小實(shí)蠅快速適應(yīng)新環(huán)境的過程中發(fā)揮重要作用，并且可能是橘小實(shí)蠅在非生物脅迫下維持穩(wěn)態(tài)機(jī)制的核心。

此外，橘小實(shí)蠅基因組中存在大量的基因復(fù)制事件，DDEs中約三分之一的基因發(fā)生片段復(fù)制（segmental duplication），推測其與橘小實(shí)蠅復(fù)合體的形成密切相關(guān)。

本研究構(gòu)建的高質(zhì)量橘小實(shí)蠅基因組，將有助于進(jìn)一步深入了解其復(fù)雜的種群結(jié)構(gòu)，并對于全面了解害蟲對逆境的耐受機(jī)制，制定創(chuàng)新的害蟲防治策略具有重要的科學(xué)意義和理論依據(jù)。

 

圖2?橘小實(shí)蠅p38 MAPK信號通路

圖3?橘小實(shí)蠅熱休克?蛋白基因家族分析

中國檢科院植物檢疫研究所姜帆副研究員為本論文的第一作者，朱水芳研究員為通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國檢科院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)等項(xiàng)目的資助。