林学院林木钻蛀性害虫研究团队首次公布松材线虫媒介昆虫——云杉花墨天牛染色体水平基因组
松材线虫病是全球重要的检疫性植物病害，也是我国近几十年来危害最严重的森林病害。目前，松材线虫多种版本的基因组信息已被发布，而作为松材线虫病重要传播媒介的墨天牛属昆虫却没有基因组信息被报道，制约了松材线虫病传播机理与防控技术的研究。近日，由林学院骆有庆教授领衔，森林保护学科林木钻蛀性害虫研究团队完成了松材线虫媒介昆虫云杉花墨天牛 Monochamussaltuarius (Gebler) 全基因组的测序与组装，首次公布了云杉花墨天牛高质量染色体水平基因组信息，相关论文“Chromosome-level genome assembly of Monochamussaltuarius reveals its adaptation and interaction mechanism with pine wood nematode”发表在分子生物学领域国际知名期刊《国际生物大分子（International Journal of Biological Macromolecules）》（Q1，IF="8.025）。
该研究采用Illumina, Nanopore和Hi-C等多种测序技术对云杉花墨天牛进行了基因组测序与组装，并将组装结果挂载到10条假染色体上，最终获得大小为682.23 Mb的染色体级别基因组，N50长度为73.69 Mb。云杉花墨天牛与其他鞘翅目昆虫的共线性结果显示，基因组组装结果良好，云杉花墨天牛中鉴定的X染色体与其他两种昆虫的性染色体也有较好的共线性。结合RNA-seq证据、同源搜索以及从头预测对基因组进行了注释，获得了14, 492个蛋白编码基因，注释结果的BUSCO评估值为94.8%。利用云杉花墨天牛与叶甲总科其他7种昆虫的742个单拷贝直系同源基因构建系统发育树，云杉花墨天牛与光肩星天牛大约在56.1百万年前分化，相比于二者的共同祖先，云杉花墨天牛中有335个基因家族发生扩张，1290个基因家族发生收缩。与光肩星天牛相比，云杉花墨天牛中收缩的基因家族多与昆虫的寄主选择与适应性相关。
图1 云杉花墨天牛基因组的组装与进化
此外，本研究进一步对云杉花墨天牛生长发育、抗逆性和寄主选择相关的 mth / mthl ，P450，OBP和OR基因家族信息进行了分析。相较于光肩星天牛，云杉花墨天牛基因组中与寄主选择与适应相关的OBP、OR等基因家族显著收缩，符合其寡食习性。研究发现，松材线虫进入墨天牛体内时，可能对天牛的免疫、发育等过程与产生一定的影响，为方便后续对该过程相关研究的开展，本研究对云杉花墨天牛中的methuselah/methuselah-like基因家族进行了分析，共鉴定到14条该基因家族的基因。云杉花墨天牛中Mthl15家族的基因显著增加，既往研究表明，Mthl15家族的基因与昆虫蛹的发育及成虫的寿命相关，云杉花墨天牛中Mthl15家族的扩展可能与松材线虫对花墨天牛发育周期的影响相关。
图2 云杉花墨天牛methuselah/methuselah-like基因家族
本研究是对墨天牛属昆虫基因组的首次解析与报道，为进一步开展松材线虫与媒介昆虫之间的互作相关研究提供了重要的信息与线索，为防控国际重大检疫性植物病害、保护我国松林资源提供了重要理论基础。林学院博士研究生付宁宁为论文的第一作者，骆有庆教授和任利利博士为论文的通讯作者，宗世祥教授、博士研究生李佳星、王明，开泰生物李向峰工程师及贵州大学李峰奇教授参与了论文的研究工作。该研究获得国家重点研发计划项目(2021YFD1400900)和北京市科技计划项目(Z201100008020001)的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.09.108
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