草地贪夜蛾染色体水平基因组组装：入侵与抗药性的新见解
草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）是一种高度破坏性的害虫，已迅速扩散到多个大陆，对玉米、水稻、甘蔗和高粱等主粮作物造成重大损害。在我们发表于 Protein & Cell 的最新研究中，我们展示了草地贪夜蛾的染色体水平基因组组装，为其遗传多样性、入侵历史和农药抗性机制提供了关键洞见。这些发现为更好的害虫防治策略和生物安全努力奠定了基础。
主要发现
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利用 stLFR 和 Hi-C 数据的高质量基因组组装： 我们的基因组测序工作产生了 542.42 Mb 的高连续性基因组组装，锚定到 31 条染色体。由于昆虫基因组的复杂性，组装草地贪夜蛾基因组尤其具有挑战性；然而，单管长片段（stLFR）测序与 Hi-C 支架构建的应用使我们能够为该物种生成染色体水平参考基因组。
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草地贪夜蛾在中国的起源与群体演化： 对来自美洲、非洲和中国的 163 个个体的全基因组重测序揭示了群体间的显著遗传分化。系统发育分析证实，入侵中国的草地贪夜蛾起源于非洲群体，而非直接从美洲到达。此外，菌株鉴定显示中国和非洲群体中只存在 C 菌株，进一步支持了其迁移路径。
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通过转录组学鉴定的农药抗性机制： 最引人注目的发现之一是细胞色素 P450 基因家族的扩张，该家族在农药解毒中发挥关键作用。基因组包含 425 个 P450 基因，其中 283 个为草地贪夜蛾特有，与其他鳞翅目物种相比，这是一个异常大的基因扩张。对 23 种不同农药响应中基因表达的功能研究证实，包括 AOX、UGT 和 GST 在内的若干解毒途径积极参与了抗性机制。
思考
2020 年是 COVID-19 疫情开始的一年，但也是草地贪夜蛾在中国南方暴发蔓延的时期。作为我们利用基因组学应对公共卫生和农业挑战长期承诺的一部分，我们看到了破译这种入侵性害虫基因组以减轻其对作物影响的迫切需要。
在杨焕明教授的指导下，我们迅速与云南和广东的研究人员建立了合作，获得了测序所需的样本。由于物流限制，我们无法使用传统的长读长测序方法，但我们自主研发的 stLFR 技术在组装草地贪夜蛾基因组方面被证明非常有效。昆虫的基因组复杂性差异很大，但对于该物种，我们的测序策略提供了稳健的基因组组装，支持了广泛的下游分析。
除了基因组组装，我们的合作者还开展了蛋白质组学研究，进一步加深了我们对草地贪夜蛾生物学的理解。这项研究的成功在很大程度上归功于云南农业大学董扬教授的努力，他的贡献对推动这个项目至关重要。同时，我们很荣幸与康乐院士及其团队合作。在我访问他在河北大学的实验室期间，我了解到他们对蝗虫广泛而系统的研究，这让我深感着迷。
本研究的全文可在 Protein & Cell 在线获取。