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长读长测序助力农业害虫基因组研究-苹果蠹蛾
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基因组作为生物遗传信息最全面的载体，其信息的获得将有助于我们深入了解昆虫生命活动的本质和规律，从而带来害虫防治的革命。目前，昆虫基因组研究已经获得了相当的成就，但是大多数农业害虫基因组自身高度杂合、结构变异复杂的特点以及动物自交衰退的遗传特性，要获得理想的全基因组测序是一项十分挑战的工作。 长读长测序助力农业害虫基因组研究-苹果蠹蛾 PacBio SMRT测序技术因其长读长优势在基因组组装中应用广泛，以通常具杂合度高、重复序列高、倍性高的植物基因组为例，不管是重复序列高的海参还是具有复杂基因组的中国板栗，三代测序都交出了满意答卷。 近期，由中国农科院深圳农业基因组研究所万方浩团队牵头的重要入侵生物苹果蠹蛾入侵机制研究取得突破，成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）上。该研究借助三代PacBio等高通量测序技术，构建了高质量的染色体水平的苹果蠹蛾基因组，分析了其化学感受和抗药性基因家族的进化，并利用全基因组关联分析鉴定了与化学农药抗性相关基因的突变。 苹果蠹蛾（Cydia pomonella），俗称食心虫，属鳞翅目卷蛾科，可蛀食苹果、梨等仁果类水果，在我国新疆、甘肃等部分地区多有分布。苹果蠹蛾幼虫会蛀食果实，并向外排出虫粪，不但会降低果品质量，还会引起落果，导致果树减产，造成严重的经济损失。目前，主要通过施用性诱剂、杀虫剂等控制其传播。但随着杀虫剂的广泛施用，苹果蠹蛾对杀虫剂的抗性逐渐增强。目前尚不清楚苹果蠹蛾如何感知化学信号、抵抗杀虫剂毒性。基于此，该研究通过多种技术平台组装获得了一套高质量的苹果蠹蛾基因组，并进一步探究了苹果蠹蛾的嗅觉感知和抗杀虫剂等环境适应机制。 该研究利用Illumina（390X）和PacBio（86X）测序，组装获得了大小为772.89 Mb的苹果蠹蛾基因组，并利用Hi-C辅助组装，将1,108条scaffolds锚定到了27条常染色体和2条性染色体（Z和W）上，挂载率高达97%。通过BUSCO评估，发现组装基因组中有98.5%的节肢动物门（Arthropoda）直系同源基因。与此同时，Nanopore测序中99%的reads能够比对到组装基因组，表明组装基因组具有较好的完整性和准确性，可用于后续研究。 该研究组装获得了准确度高、完整性好的苹果蠹蛾基因组，系统进化分析发现苹果蠹蛾大约在141百万年前与鳞翅目发生分歧。基于组装完成的参考基因组，该研究对苹果蠹蛾感受化学信号、抵抗杀虫剂毒性的机制进行了深入研究，发现嗅觉受体基因OR3的复制增强了苹果蠹蛾寻找食物和配偶的能力，CYP6B2在苹果蠹蛾抵抗甲基谷硫磷和溴氰菊酯这两种广谱性杀虫剂毒性的过程中起到了关键作用。该研究不但为开展苹果蠹蛾适应机制研究奠定了遗传学基础，还为制定可持续的虫害防治策略提供了科学依据。  苹果蠹蛾1.jpg  图2 苹果蠹蛾寄主植物适应性进化机制.png  图3 苹果蠹蛾抗药性分子机制.png |
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