2022年1月11日,Nature子刊Communications Biology在线发表了中国检科院首席科学家朱水芳科研团队领衔完成的研究论文“Chromosome-level genome assembly of Bactrocera dorsalis reveals its adaptation and invasion mechanisms”。该研究报道了首个橘小实蝇染色体水平基因组,并从多个角度揭示了橘小实蝇在全球入侵过程中的环境适应性及其复合体种类丰富的分子机制,为橘小实蝇的入侵防控提供了新思路与新方法。百迈客有幸作为共同作者参与本项研究。

 

 

橘小实蝇(Bactrocera dorsalis)是世界重大入侵害虫,可危害250余种果蔬,被列入我国首批重点管理外来入侵物种名录。橘小实蝇宿主广且定殖传播力强,与其他实蝇类害虫竞争易成为优势种,一旦传入非疫区将造成巨大经济损失,严重威胁生物安全。目前橘小实蝇已在全球六大洲至少65个国家造成危害,而其基因组信息的缺乏使得相关防控研究难以进一步开展。

本研究借助三代PacBio和HiC等测序技术,构建了高质量染色体水平的橘小实蝇基因组,最终组装大小为542.04 Mb,contigN50=1.12Mb。比较基因组研究发现橘小实蝇的特有基因家族以及发生扩张的基因家族,主要富集在与新陈代谢和防御响应相关的通路中,其中DDE超家族核酸内切酶、热休克蛋白Hsps、嗅觉受体ORs等基因家族在橘小实蝇中发生显著扩张。

图1 橘小实蝇基因组共线性分析图

 

作者进一步结合不同逆境条件处理下的转录组数据,分析推测出橘小实蝇中热休克蛋白的相对稳定高表达是其快速适应逆境的内在机制。并发现在高温条件下,p38 MAPK通路关键基因表现为应激性高表达,表明p38MAPK信号通路在橘小实蝇快速适应新环境的过程中发挥重要作用,并且可能是橘小实蝇在非生物胁迫下维持稳态机制的核心。

此外,橘小实蝇基因组中存在大量的基因复制事件,DDEs中约三分之一的基因发生片段复制(segmental duplication),推测其与橘小实蝇复合体的形成密切相关。

本研究构建的高质量橘小实蝇基因组,将有助于进一步深入了解其复杂的种群结构,并对于全面了解害虫对逆境的耐受机制,制定创新的害虫防治策略具有重要的科学意义和理论依据。

 

图2 橘小实蝇p38 MAPK信号通路

图3 橘小实蝇热休克 蛋白基因家族分析

中国检科院植物检疫研究所姜帆副研究员为本论文的第一作者,朱水芳研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、中国检科院基本科研业务费等项目的资助。

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