【科研进展】我院杨定团队在黄粪蝇的生态适应性演化研究方面取得新进展
近日，中国农业大学植物保护学院杨定团队在International Journal of Biological Macromolecules杂志发表了题为“Chromosome-level genome assembly of Scathophaga stercoraria provides new insights into the evolutionary adaptations of dung flies”的研究论文。该研究获得了黄粪蝇染色体水平基因组以及各发育阶段的转录组数据。通过对数据进行系统进化和比较基因组学分析，探究了一些关键基因及基因家族在黄粪蝇的免疫、解毒代谢、食性转化以及求偶、交配等行为中的潜在功能。
黄粪蝇Scathophaga stercoraria是一种在北半球偏高海拔广泛分布的物种，具有庞大的种群数量。黄粪蝇幼虫取食牛、羊等哺乳动物粪便，成虫访花且捕食家蝇、丽蝇等卫生害虫，因其复杂的习性，黄粪蝇在生态系统中兼具多种生态服务功能，包括降解有机质、捕食有害蝇类和传粉等。国外学者通过对黄粪蝇的研究还发现在动物特别是无脊椎动物中罕见的现象—寄生真菌可引起大体型黄粪蝇的生存劣势。黄粪蝇作为重要的模式生物，是国际公认评估牲畜粪便中药物残留物毒性的标准测试物种，同时也是动物免疫学、生物学等研究的对象。
为进一步探究黄粪蝇的生态适应性演化，本研究测序组装了黄粪蝇染色体水平基因组，也是粪蝇科第一个正式发表的基因组数据。最终组装得到549.64 Mb 的数据，92.53% 的序列被锚定到6条染色体上。
图1 黄粪蝇各发育阶段及基因组特征
作者选取双翅目昆虫32个物种基因组数据开展系统进化分析，研究结果进一步明确双翅目昆虫高级阶元系统发育关系，基因家族分析揭示Toll（Toll1）、GNBP3、Cyp4d14、Cyp6g1、OR67d以及yolk protein等基因在黄粪蝇基因组中发生扩张，明确黄粪蝇在碳水化合物代谢、脂质代谢、丝氨酸型内肽酶活性、气味结合蛋白、甘油三酯脂肪酶活性等多种生理功能上的进化。此外，发现黄粪蝇的胰蛋白酶和羧肽酶类基因家族大部分基因主要在幼虫阶段高表达，α-淀粉酶基因家族主要在成虫阶段高表达，表明黄粪蝇从幼虫到成虫发育过程中食性转化有赖于不同功能基因的表达；免疫相关基因仅PGRP-SC基因在幼虫阶段高表达，与家蝇和黑腹果蝇的研究结果相似，推断该基因在维持黄粪蝇幼虫肠道微生物稳态具有重要作用；气味结合蛋白家族基因主要表达于成虫阶段，但其拷贝数少于其它双翅目物种，推测与其较窄的食谱及生境相关。本研究对黄粪蝇基因组、转录组数据进行全面的注释与解析，将有助于对昆虫食性、真菌感染抗性、求偶和交配行为、生殖发育以及天敌昆虫保护等相关问题的研究。
图2 系统进化树及共线性分析
图3 免疫、解毒相关基因进化及表达分析
中国农业大学植物保护学院杨定教授和华中农业大学植物科学技术学院刘晓艳副教授为本文的通讯作者，中国农业大学植物保护学院博士生蔡小东和刘九洲为论文共同第一作者；博士生张乐悠和曹文强，已毕业博士林晨、丁双玫等参与了该工作。该研究得到国家自然科学基金重点项目(32130012)的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.136424
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