由福建農(nóng)林大學和華大基因（BGI）領導一個國際研究聯(lián)盟,，完成了第一個最具破壞性的蕓苔屬作物害蟲——小菜蛾（diamondback moth,，DBM）的基因組序列圖譜,。這項工作提供了對昆蟲適應宿主植物更廣泛的見解,，為農(nóng)田有害生物持續(xù)性治理開辟了新途徑,。最新研究在線發(fā)表在《自然遺傳學》（Nature Genetics）雜志上,。
小菜蛾嗜食油菜籽,、花椰菜和卷心菜等重要的經(jīng)濟糧食作物,。它已對包括DDT、Bt毒素等50多種殺蟲劑產(chǎn)生抗藥性,，這使得利用化學制劑進行蟲害控制這一策略變得無效,。據(jù)估計，全球每年損害及治理的相關總費用達到40-50億美元,。
研究小組的負責人,、福建農(nóng)林大學副校長尤民生（Minsheng You）教授說：“完整的小菜蛾全基因組序列為追蹤進化機制,，揭示昆蟲如何進化為能夠?qū)乖S多殺蟲劑的食草動物，奠定了堅實的基礎,。這項工作也為科學家們更好地了解小菜蛾成為如此嚴重蟲害的原因,，以及開發(fā)出新策略控制蟲害提供了寶貴的資源。”
在這項研究中,，研究人員借助全基因組鳥槍法（whole genome shotgun,，WGS）和fosmid克隆技術對小菜蛾基因組進行了測序，生成了大概為343 Mb的基因組草圖,，預計有18,071個蛋白質(zhì)編碼基因,。他們發(fā)現(xiàn)相比其他測序昆蟲物種，小菜蛾具有相對較大的一組基因,，及中等數(shù)量的基因家族,，表明某些基因家族存在擴增。此外,，以基因組為基礎的系統(tǒng)發(fā)育分析表明：小菜蛾是一種基本的鱗翅目物種（lepidopteran species）,，核型模式極好地證實了這一點。
以來自大約1000個雄蛹的基因組數(shù)據(jù)為基礎,，研究人員鑒別了測序小菜蛾品種(Fuzhou-S)的全基因組水平多態(tài)性,，這些多態(tài)性有可能為小菜蛾適應各種環(huán)境挑戰(zhàn)奠定了遺傳基礎。他們還檢測了一組傾向性表達于幼蟲期,，有助于氣味化學感應,、食物消化和代謝解毒的基因。有趣的是,，他們發(fā)現(xiàn)硫酸酯酶修飾因子1(sulfatase modifying factor 1 ,，SUMF1)和硫代葡萄糖苷硫酸酯酶（glucosinolate sulfatase ，GSS）共表達,，有可能對小菜蛾成為以十字花科植物為食的食草動物至關重要,。
殺蟲劑耐藥或抗藥有可能促成了昆蟲解毒信號選擇。在這項研究中,，研究人員發(fā)現(xiàn)相比在5000多年的馴化過程中較少接觸殺蟲劑的蠶（silkworm）,，小菜蛾具有較大的一組殺蟲劑抗藥基因。他們發(fā)現(xiàn)小菜蛾中,，與昆蟲異型生物質(zhì)解毒有關的4個基因家族存在明顯的基因擴增,，包括ATP結合盒（ABC）轉(zhuǎn)運載體蛋白家族，P450單加氧酶(P450s),，谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GSTs)和羧酸酯酶(COEs),。值得注意的是，進一步的分析突顯了ABC轉(zhuǎn)運載體蛋白在解毒中的潛在作用,。
這種巧妙的進化伎倆使得小菜蛾成為了如此嚴重的蟲害,，它有可能在小菜蛾廣泛化學制品解毒能力形成中發(fā)揮了重要作用,。“值得注意的是，它似乎是一種特殊的遺傳適應,，使得小菜蛾能夠解毒其食用植物中的化學制品,，也使得它能夠?qū)︶槍λ臍⑾x劑產(chǎn)生免疫，”該研究的國際合作者之一,，澳大利亞查爾斯特大學Geoff Gurr教授說,。
華大基因研究院執(zhí)行總裁王俊（Jun Wang）教授說：“獲得一個物種的參考基因組對于更深入地了解它的生物學和進化極其重要,。我們很高興成為這一聯(lián)盟的組成成員,，并獲得了首個可公開獲取的小菜蛾基因組數(shù)據(jù)。我期望在不久的將來,，我們能夠?qū)@得的成果轉(zhuǎn)化為持續(xù)蟲害治理的實際行動,。”(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/ng.2524
PMC:
PMID:
A heterozygous moth genome provides insights into herbivory and detoxification
Minsheng You, Zhen Yue, Weiyi He, Xinhua Yang, Guang Yang, Miao Xie, Dongliang Zhan,Simon W Baxter, Liette Vasseur, Geoff M Gurr, Carl J Douglas, Jianlin Bai, Ping Wang, Kai Cui, Shiguo Huang, Xianchun Li, Qing Zhou, Zhangyan Wu, Qilin Chen, Chunhui Liu, Bo Wang, Xiaojing Li, Xiufeng Xu, Changxin Lu, Min Hu, John W Davey, Sandy M Smith,Mingshun Chen, Xiaofeng Xia, Weiqi Tang, Fushi Ke, Dandan Zheng, Yulan Hu, Fengqin Song, Yanchun You, Xiaoli Ma, Lu Peng, Yunkai Zheng, Yong Liang, Yaqiong Chen, Liying Yu, Younan Zhang, Yuanyuan Liu, Guoqing Li, Lin Fang, Jingxiang Li, Xin Zhou, Yadan Luo,Caiyun Gou, Junyi Wang, Jian Wang, Huanming Yang & Jun Wang
How an insect evolves to become a successful herbivore is of profound biological and practical importance. Herbivores are often adapted to feed on a specific group of evolutionarily and biochemically related host plants1, but the genetic and molecular bases for adaptation to plant defense compounds remain poorly understood2. We report the first whole-genome sequence of a basal lepidopteran species, Plutella xylostella, which contains 18,071 protein-coding and 1,412 unique genes with an expansion of gene families associated with perception and the detoxification of plant defense compounds. A recent expansion of retrotransposons near detoxification-related genes and a wider system used in the metabolism of plant defense compounds are shown to also be involved in the development of insecticide resistance. This work shows the genetic and molecular bases for the evolutionary success of this worldwide herbivore and offers wider insights into insect adaptation to plant feeding, as well as opening avenues for more sustainable pest management.
