“果蔬杀手”有了完整的基因组图谱

中青报·中青网记者 邱晨辉

在与害虫的无声较量中，人类正面临着一场前所未有的智慧博弈。当传统农药逐渐失效，绿色防控技术亟待突破，破译害虫的基因密码成了获胜的关键所在。

高质量的基因组图谱，如同一张“地图”，为开发新的绿色防治手段，靶标的精准发现与定位提供了关键指引。然而，如何绘制一张准确、完整的“地图”？这场关乎生态平衡的攻防战，科研人员找到了破局之道。

12月3日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员王桂荣课题组联合崔鹏课题组在国际学术期刊《自然·通讯》上发表研究论文，研究以“果蔬杀手”橘小实蝇为研究对象，成功构建了在小个体高杂合害虫中最完整的基因组图谱，并在Y染色体区域和气味受体基因家族进行了潜在绿色农药分子靶标挖掘与验证。

橘小实蝇，因其食性杂、寄主广、繁殖力强，被称为果蔬界的“头号杀手”。想要“看清”它们，并不是一件容易的事。与大多数农业害虫一样，橘小实蝇的体长仅有8毫米，是典型的小个体农业害虫，小体型决定了其能够提供的DNA起始量有限，单个橘小实蝇能提取的DNA含量仅有1微克，无法达到传统测序建库至少需要5微克DNA的要求。

“橘小实蝇的基因组高度杂合，这意味着‘地图’上存在多个高度相似的地点，如何辨别并正确标识它们是决定‘地图’好坏的关键。”王桂荣说。

近年来，科研人员陆续发布了多个橘小实蝇基因组版本，然而，这些基因组大多基于混合个体组装，尤其是在中心粒、性染色体这些富含重复的基因序列区域有较多的“盲区”，最后得出的“地图”并不算完美。

论文共同第一作者、中国农业科学院深圳农业基因组研究所副研究员刘伟说，理想情况下，从染色体一端的端粒到另一端的端粒应该连续完整，但此前发布的基因组序列中由于重复DNA序列或未知基因组区域产生了多处空白。

“这就像一幅关键区域缺失或模糊不清的地图，虽然我们能看清大致的轮廓分布，但关键的地标信息却丢失了。”刘伟说。

他告诉记者，这些空白严重限制了我们对橘小实蝇生物学特性的深入理解。例如，其强大的环境适应性和抗药性可能就隐藏在这些重复序列构成的“盲区”之中，而开发高效的绿色防控技术也迫切需要一份能清晰标注“关键位置信息”的“完整地图”。

科研团队提出了一种新的组装策略。他们以单个体雄虫的测序数据作为基本骨架，整合群体测序数据，利用不同的测序技术相互补充。

这是一个不同寻常的选择。

论文共同第一作者、中国农业科学院深圳农业基因组研究所副研究员林强说，在以往的研究中，由于技术限制，科研人员常常需要将不同个体昆虫混合在一起，以达到传统测序所需的DNA量。有时，为了降低分析难度，会特意选择遗传背景更简单的雌虫。但这就像把许多张相似但不完全一样的地图碎片混在一起拼图，最终拼出的地图会充满重叠的“重影”，模糊不清。

“更重要的是，这种方法会完全丢失只有雄虫才拥有的Y染色体地图，而这部分信息对于理解雄性发育和开发针对雄虫的防控技术至关重要。”林强说。

科研团队在单体雄虫的基础上，成功组装出了接近600Mb、中心粒和端粒区域较为完整，并包含性染色体的T2T级别基因组。

与其他橘小实蝇基因组参考版本相比，新的基因组“地图”首次实现了从端粒到端粒的无缺口完整覆盖，填补了以往基因组中高度重复的复杂区域留下的空白。

这张高清基因“地图”给科研团队带来了惊喜发现：橘小实蝇的中心粒区域由3种不同类型的卫星DNA组成，呈现出从中心区向两端异质性逐渐递减的分布规律；首次在Y染色体上鉴定到一个在雄虫全组织表达的ATP合成酶β亚基基因，推测与雄虫生命活动的高能需求相关；发现了新的气味受体基因。

论文共同通讯作者、中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员崔鹏说，该研究挖掘出了Y染色体特异性基因和气味受体等潜在的绿色防控技术靶标，为害虫绿色防控技术的研发与优化提供了高质量参考基因组资源。

来源：中国青年报