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在與害蟲的無聲較量中，人類正面臨著一場前所未有的智慧博弈。當(dāng)傳統(tǒng)農(nóng)藥逐漸失效，綠色防控技術(shù)亟待突破，破譯害蟲的基因密碼成了獲勝的關(guān)鍵所在。
高質(zhì)量的基因組圖譜，如同一張“地圖”，為開發(fā)新的綠色防治手段，靶標(biāo)的精準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)與定位提供了關(guān)鍵指引。然而，如何繪制一張準(zhǔn)確、完整的“地圖”？這場關(guān)乎生態(tài)平衡的攻防戰(zhàn)，科研人員找到了破局之道。
12月3日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員王桂榮課題組聯(lián)合崔鵬課題組在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》上發(fā)表研究論文，研究以“果蔬殺手”橘小實(shí)蠅為研究對象，成功構(gòu)建了在小個(gè)體高雜合害蟲中最完整的基因組圖譜，并在Y染色體區(qū)域和氣味受體基因家族進(jìn)行了潛在綠色農(nóng)藥分子靶標(biāo)挖掘與驗(yàn)證。
橘小實(shí)蠅，因其食性雜、寄主廣、繁殖力強(qiáng)，被稱為果蔬界的“頭號殺手”。想要“看清”它們，并不是一件容易的事。與大多數(shù)農(nóng)業(yè)害蟲一樣，橘小實(shí)蠅的體長僅有8毫米，是典型的小個(gè)體農(nóng)業(yè)害蟲，小體型決定了其能夠提供的DNA起始量有限，單個(gè)橘小實(shí)蠅能提取的DNA含量僅有1微克，無法達(dá)到傳統(tǒng)測序建庫至少需要5微克DNA的要求。
“橘小實(shí)蠅的基因組高度雜合，這意味著‘地圖’上存在多個(gè)高度相似的地點(diǎn)，如何辨別并正確標(biāo)識它們是決定‘地圖’好壞的關(guān)鍵�！蓖豕饦s說。
近年來，科研人員陸續(xù)發(fā)布了多個(gè)橘小實(shí)蠅基因組版本，然而，這些基因組大多基于混合個(gè)體組裝，尤其是在中心粒、性染色體這些富含重復(fù)的基因序列區(qū)域有較多的“盲區(qū)”，最后得出的“地圖”并不算完美。
論文共同第一作者、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所副研究員劉偉說，理想情況下，從染色體一端的端粒到另一端的端粒應(yīng)該連續(xù)完整，但此前發(fā)布的基因組序列中由于重復(fù)DNA序列或未知基因組區(qū)域產(chǎn)生了多處空白。
“這就像一幅關(guān)鍵區(qū)域缺失或模糊不清的地圖，雖然我們能看清大致的輪廓分布，但關(guān)鍵的地標(biāo)信息卻丟失了。”劉偉說。
他告訴記者，這些空白嚴(yán)重限制了我們對橘小實(shí)蠅生物學(xué)特性的深入理解。例如，其強(qiáng)大的環(huán)境適應(yīng)性和抗藥性可能就隱藏在這些重復(fù)序列構(gòu)成的“盲區(qū)”之中，而開發(fā)高效的綠色防控技術(shù)也迫切需要一份能清晰標(biāo)注“關(guān)鍵位置信息”的“完整地圖”。
科研團(tuán)隊(duì)提出了一種新的組裝策略。他們以單個(gè)體雄蟲的測序數(shù)據(jù)作為基本骨架，整合群體測序數(shù)據(jù)，利用不同的測序技術(shù)相互補(bǔ)充。
這是一個(gè)不同尋常的選擇。
論文共同第一作者、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所副研究員林強(qiáng)說，在以往的研究中，由于技術(shù)限制，科研人員常常需要將不同個(gè)體昆蟲混合在一起，以達(dá)到傳統(tǒng)測序所需的DNA量。有時(shí)，為了降低分析難度，會特意選擇遺傳背景更簡單的雌蟲。但這就像把許多張相似但不完全一樣的地圖碎片混在一起拼圖，最終拼出的地圖會充滿重疊的“重影”，模糊不清。
“更重要的是，這種方法會完全丟失只有雄蟲才擁有的Y染色體地圖，而這部分信息對于理解雄性發(fā)育和開發(fā)針對雄蟲的防控技術(shù)至關(guān)重要�！绷謴�(qiáng)說。
科研團(tuán)隊(duì)在單體雄蟲的基礎(chǔ)上，成功組裝出了接近600Mb、中心粒和端粒區(qū)域較為完整，并包含性染色體的T2T級別基因組。
與其他橘小實(shí)蠅基因組參考版本相比，新的基因組“地圖”首次實(shí)現(xiàn)了從端粒到端粒的無缺口完整覆蓋，填補(bǔ)了以往基因組中高度重復(fù)的復(fù)雜區(qū)域留下的空白。
這張高清基因“地圖”給科研團(tuán)隊(duì)帶來了驚喜發(fā)現(xiàn)：橘小實(shí)蠅的中心粒區(qū)域由3種不同類型的衛(wèi)星DNA組成，呈現(xiàn)出從中心區(qū)向兩端異質(zhì)性逐漸遞減的分布規(guī)律；首次在Y染色體上鑒定到一個(gè)在雄蟲全組織表達(dá)的ATP合成酶β亞基基因，推測與雄蟲生命活動的高能需求相關(guān)；發(fā)現(xiàn)了新的氣味受體基因。
論文共同通訊作者、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員崔鵬說，該研究挖掘出了Y染色體特異性基因和氣味受體等潛在的綠色防控技術(shù)靶標(biāo)，為害蟲綠色防控技術(shù)的研發(fā)與優(yōu)化提供了高質(zhì)量參考基因組資源。
中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 邱晨輝 來源：中國青年報(bào)
2025年12月08日 07版 【編輯:胡寒笑】
