9月17日，由中國農科院深圳農業(yè)基因組研究所萬方浩團隊牽頭的重要入侵生物蘋果蠹蛾入侵機制研究取得突破，成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）上,。該文章利用基因組學數(shù)據(jù),，從基因復制和突變兩個角度,，揭示了蘋果蠹蛾在全球入侵過程中的寄主適應性進化和抗藥性的分子機制,，為蘋果蠹蛾的綜合治理提供了新思路與新方法。

　　為入侵生物學提供了組學研究思路

　　蘋果蠹蛾 Cydia pomonella是世界重大入侵害蟲 ,，原產于歐亞大陸南部地區(qū),，以幼蟲鉆蛀到蘋果、梨等果實為害（圖1a和b）,。目前已入侵六大洲70個國家（圖1c）,，在我國年發(fā)生面積約為75萬畝，造成的經濟損失高達3億元/年,。蘋果蠹蛾對非疫區(qū)威脅的壓力持續(xù)增加,，潛在經濟損失將高達140億元/年。

　　圖1 蘋果蠹蛾蛀果危害和全球擴散分布圖

　　研究團隊借助二代Illumina,、三代PacBio,、BioNano和HiC等高通量測序技術，構建了高質量的染色體水平的蘋果蠹蛾基因組,，分析了其化學感受和抗藥性基因家族的進化,，并利用全基因組關聯(lián)分析（Genome-wide association study）鑒定了與化學農藥抗性相關基因的突變。分析發(fā)現(xiàn),，蘋果蠹蛾氣味受體（Odorant receptors, ORs）基因家族中多個基因在進化過程中發(fā)生了拷貝事件,，其中包括OR3基因的拷貝（OR3是蘋果蠹蛾寄主植物揮發(fā)物的主要化學成分梨酯的受體基因），生成了OR3a和OR3b,，為了驗證OR3a和OR3b在梨酯識別和梨酯對性信息素增效中的作用機制,，研究人員通過生物信息學分析、表達譜,、熒光原位雜交試驗和電生理試驗等確定了兩個基因均能識別梨酯和性信息素,，進一步通過RNAi技術分別單獨和同時干擾了這兩個基因，通過爪蟾卵母細胞和雙電級電壓鉗記錄了干擾后的蘋果蠹蛾對兩種氣味分子的電生理反應,，以及利用Y型嗅覺儀檢測了干擾后的蘋果蠹蛾對兩種氣味分子的選擇行為,，結果表明，OR3a和OR3b均是梨酯和性信息素的受體基因,，功能上具有互補和協(xié)同增效作用,，揭示了蘋果蠹蛾在全球擴張過程中的寄主適應性進化機制（圖2）。通過對抗藥性相關基因家族的進化分析發(fā)現(xiàn),，蘋果蠹蛾基因組中大量的P450基因可能增強其解毒代謝能力,。研究發(fā)現(xiàn)與敏感品系相比,，抗性品系（Raz-甲基谷硫磷和Rv-溴氰菊酯）個體中CYP6B2基因啟動子區(qū)域有三個位點發(fā)生突變，預示著CYP6B2基因參與蘋果蠹蛾對甲基谷硫磷和溴氰菊酯兩種化學農藥的抗性,，RNAi結果表明,，干擾CYP6B2基因導致蘋果蠹蛾四齡幼蟲對兩種化學農藥的敏感性降低，死亡率顯著高于對照,，而對吡蟲啉的敏感性無顯著變化，揭示了蘋果蠹蛾CYP6B2基因參與了甲基谷硫磷和溴氰菊酯類農藥的抗性機制（圖3）,。這些研究為深度解析外來生物的入侵機制提供了可靠的分子證據(jù),，也為創(chuàng)新入侵生物的顛覆性防控技術積累了堅實基礎。

　　圖2 蘋果蠹蛾寄主植物適應性進化機制

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　　圖3 蘋果蠹蛾抗藥性分子機制

　　創(chuàng)建了入侵生物組學國內外大協(xié)作的模式

　　該成果由中國農科院植保所,、中國農科院農業(yè)基因組所,、浙江大學、西北農林科技大學,、CABI-亞洲中心,、湖南農業(yè)大學、青島農業(yè)大學,、美國Kansas大學,、意大利IASMA研究與創(chuàng)新中心、捷克ASCR生物中心,、法國農業(yè)科學研究院等多家單位合作完成,，是基因組所牽頭發(fā)起的“IAS1000（1000 種入侵物種基因組計劃）”的首個重大突破成果。

　　2018年,，基因組所聯(lián)合國內外數(shù)十家單位,，發(fā)起了IAS1000計劃，以組學技術支撐入侵生物學研究,。IAS1000首批啟動了25個重要入侵動物/雜草,、農業(yè)害蟲與資源動物的基因組測序工作。在國內外多家科研單位的共同努力下,，目前薇甘菊,、紫莖澤蘭、非洲大蝸牛,、蘋果綿蚜,、甜菜夜蛾的測序與分析工作已經完成，椰心葉甲,、稻水象甲,、番茄潛葉蛾等的基因組測序正在進行中，預期近兩年將有一批詮釋重要入侵生物入侵機制的成果發(fā)布,。IAS1000計劃為國內外聯(lián)合開展生物入侵組學研究構建了合作機制與平臺 （圖4）,。

　　圖4 IAS1000計劃工作會議

　　文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-12175-9