Gigascience：首次解析昆虫花姑娘的基因组

上海钦诚生物科技有限公司

2019/10/18 09:00

2014年9月，美国宾夕法尼亚州伯克斯县首次发现了一种色彩艳丽的虫子。这种昆虫学名为斑衣蜡蝉（Lycorma delicatula），民间俗称花姑娘。它们来源于亚洲，是多种果树及经济林树木上的重要害虫之一。臭椿是斑衣蜡蝉喜欢的树种，除此之外，桃树、杏树、苹果树、梨树、葡萄、石榴等常见树木都是它的取食对象。

为了防止这个入侵物种的广泛传播，宾尼法尼亚州农业部在首次发现地点周围建立了隔离区，并将检疫区从50平方英里扩大到9,400平方英里。尽管它的危害性很大，但人们对斑衣蜡蝉及其他蜡蝉科昆虫的基因组仍然一无所知，因此需要迅速开发相关的资源以便制定管理和控制措施。

农业研究局的昆虫学家Scott M. Geib表示：“拥有这种有害生物的基因组，为更好地了解其生物学和行为打开了一扇门，并更有可能提出潜在的控制方法，例如通过了解昆虫的嗅觉基因来开发诱捕的诱饵，或者探索基因编辑或RNAi等方法。”为此，美国农业部农业研究局（ARS）联合PacBio Biosciences和宾夕法尼亚州立大学，对一只田间捕获的斑衣蜡蝉进行了测序，并将高质量的基因组组装结果发表在《Gigascience》杂志上。在此之前，还没有蜡蝉的近缘物种得到测序，因此数据显得格外重要。

值得注意的是，此次测序所需的基因组DNA均来自一只在树上捕获的昆虫，而以往是无法做到的。斑衣蜡蝉的基因组比较大，大约为2.2 Gb，故需要多次测序运行来完成整个工作，这就需要用到大量的DNA。

以往的做法是合并多个生物，但这增加了出错的机会。后来，人们花几个月甚至几年的时间来建立近交系，这不仅成本高昂，而且对于许多物种来说是不现实的。对野生标本直接进行测序，跳过了许多繁琐的工作，还能更准确地鉴定遗传变异，而不存在适应实验室培养或杂合性丢失的风险。

“与PacBio公司合作，并使用其新的测序平台PacBio Sequel II，我们仅仅利用单个标本就能获得足够的覆盖度。它带来了快速的周转和更低的成本，这项研究的消耗品价格低于2,000美元，当然不包括购买测序仪器的费用，”Geib解释说。

为了评估基因组的完整性，研究人员检查了一组“核心基因”（这些基因应在所有的昆虫基因组中出现一次），并验证了多少基因出现在斑衣蜡蝉基因组中。在此案例中，他们发现了大约97%的单拷贝核心基因，且重复率非常低。

“对如此庞大的昆虫基因组进行快速测序，且无需建立近交系，这提高了我们完成Ag100Pest项目的可行性，”Geib表示。农业研究局Ag100Pest计划的重点是破译100种有害昆虫的基因组，预计将对农业和环境产生深远的生物经济影响。他补充说：“现在有了这个系统，100个甚至1000个基因组就并非异想天开。”

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