基因组测序揭秘臭虫为何如此难缠

最近，美国普渡大学的研究人员参加了一个多机构项目，测定了普通臭虫（Cimex lectularius）的基因组测序。Cimex lectularius的基因组揭示了臭虫独特生物学的遗传基础，并为控制它们提供了新的目标。相关研究结果发表在最近的《Nature Communications》。

　　

生物通报道：臭虫是半翅目臭虫科昆虫，吸食人和温血动物的血液。世界性分布，昼伏夜出，成虫能耐饥一年以上，可以在一个相当广泛的温度和环境里存活（零下32度到零上40度）。作家倪匡曾经在其文学作品中这样描写过臭虫的生命力之顽强：“人的生命力，和臭虫简直无法相比。”

臭虫已经困扰人类至少三千年的时间，二战后，由于杀虫剂的广泛使用，它们急剧减少，但在过去的二十年里，在除了南极洲之外的各大洲，在许多地区臭虫从几近根除，反弹到了惊人的侵染水平。仅在澳大利亚，臭虫感染就上升了百分之4500。

最近，美国普渡大学的研究人员参加了一个多机构项目，测定了普通臭虫（Cimex lectularius）的基因组测序。Cimex lectularius的基因组揭示了臭虫独特生物学的遗传基础，并为控制它们提供了新的目标。普渡大学昆虫学家Ameya Gondhalekar和Michael Scharf注释了臭虫的抗氧化基因，这些基因能够解毒它们所摄取的血液，并可能对化解某些类型杀虫剂发挥作用。相关研究结果发表在最近的《Nature Communications》。

昆虫学副教授Gondhalekar说：“几十年来，臭虫是一种被忽视的害虫，但它们的突然流行，促使科学家们想开发出更好的臭虫控制措施，并更多地了解它们的生物学。基因组为我们在更深层次回答这些问题，提供了一个急需的平台。”

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Scharf表示，臭虫的意外复出，可能是由于国际旅游潮、二手商品交换以及害虫对许多传统杀虫剂进化出的耐药性。他说：“没有人对此做好准备。这几乎到了一种危机状态。美国所有大城市都遇到了这个问题。我们的文化已经忘记了臭虫，两代昆虫学家都没有处理过它们。”

基因组结果显示，臭虫已经发展出多种方式对抗杀虫剂。它们犹如盔甲般的外角质层运动障碍和解毒基因，有助于防止杀虫剂的渗透。许多臭虫也进化出新形式的钠通道——神经系统中的门控，是拟除虫菊酯之类的农药杀虫剂的破坏靶标。臭虫也可能使用它们解毒血液的相同强大抗氧化酶系统，来化解摄入的农药。

基因组表明，臭虫间有着明显的近亲繁殖，从而表明对杀虫剂的遗传抗性可以在种群间传播。许多与抗药性相关的臭虫基因，也在其他昆虫（如蚊子、果蝇）中有相似的形式，但Scharf和Gondhalekar指出，抗氧化基因似乎是臭虫所特有的，从而为遗传控制措施提供了可能的目标。

让臭虫很难控制的另一个因素是，即便不吸血它们也能存活几个月，容易地隐匿在衣服、行李、家具和床垫中。许多杀虫剂只能应用于裂缝和底板，使臭虫在喷涂过程中毫发无损。Scharf说：“只需要一次怀孕，臭虫就能对整个建筑发起侵扰。”

成年臭虫可以长到四分之一英寸长，是扁平、红褐色的昆虫。它们用刺吸式口器刺入人的皮肤，吸食血液，通常引起发痒、红肿。人们被臭虫咬伤后严重程度，可能有很大的差异，基因组为研究人员提供了分子资源，来探究臭虫产生的蛋白是否可以引起过敏。

研究人员说，虽然臭虫不传播疾病，但是，抓臭虫叮咬可导致继发感染，而感染可产生心理影响。在臭虫入侵的家庭中，人们可以会经受压力、偏执、睡眠质量差、失眠和抑郁。Gondhalekar说：“一旦你身上有臭虫，一切都变了。你会投入所有的注意力来摆脱它们。”普渡大学昆虫学家Timothy Gibb以前的研究表明，即使人们误以为家里有臭虫入侵，也表现出抑郁加重和疏远他人。

基因组测序还发现，和许多其他昆虫相比，臭虫有显着较低数量的化学感应基因，可能是由于臭虫的宿主特异性。它们从共生细菌中继承了遗传基因，这些共生细菌给它们提供了血液中缺乏的必需营养元素。臭虫也有大量的节肢弹性蛋白编码基因，这种蛋白使其角质层具有弹性。这种适应性可能有助于雌性臭虫在创伤性授精后恢复。

研究人员说，农药公司可以利用这些基因组资源，来筛选有效的化学物质，降低新杀虫剂的市场成本。他说：“幸运的是，我们现在有了基因组资源。现在，有这方面的知识，可以使我们阻止臭虫成为蟑螂和蚊子一样害虫。”

最后，让我们回顾一下近期发表的几项动物基因组测序结果：

地球最强悍动物——水熊虫
在去年11月份，来自北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员，对一种几乎坚不可摧的缓步动物——水熊虫，进行了基因组测序，并发现了一些他们意想不到的事情：它们基因组的一大部分——近六分之一或百分之17.5，是来自于外源DNA。相关研究结果发表《PNAS》。地球最强悍动物测序的惊人发现

壁虎
通大学顾晓松院士的研究团队与华大基因、中科院成都生物研究所和浙江大学沃森基因组科学研究院联合完成了壁虎基因组测序，这是迄今为止规模最大的爬行动物基因组测序，为了解壁虎的适应性进化和生物特性提供了基础，相关研究于2015年11月25日在线发表在《自然－通讯》上。我国多个大学研究团队联合完成壁虎基因组测序

“不死之虫”扁虫
2015年九月二十一日在《PNAS》上发表的一项研究中，一组研究人员首次表征了“不死虫”扁虫Macrostomum lignano的基因组，为关于“扁虫及其再生能力“的许多新研究铺平了道路。基因组测序揭开不死虫再生之谜

柱头虫
来自冲绳科学技术研究院大学(OIST)的一支研究团队与合作者们，完成了对两个称作为柱头虫(acorn worm)的小水生生物物种的测序，显示相比于许多其他动物，我们与柱头虫共享了更多的基因，确立了它们是我们的远亲。研究结果发布在《自然》（Nature）杂志上。Nature发布基因组测序惊人发现

“活化石”海豆芽
冲绳科学技术研究院大学(OIST)、名古屋大学和东京大学的科学家们首次破解了“活化石”海豆芽（Lingula anatina）的基因组。他们分析了海豆芽基因组的三万四千多个基因，发现海豆芽的基因组一直在积极的进化，并不能称为活化石。基因组测序揭穿名不副实的“活化石”

（生物通：王英）

生物通推荐原文摘要：
Unique features of a global human ectoparasite identified through sequencing of the bed bug genome
Abstract: The bed bug, Cimex lectularius, has re-established itself as a ubiquitous human ectoparasite throughout much of the world during the past two decades. This global resurgence is likely linked to increased international travel and commerce in addition to widespread insecticide resistance. Analyses of the C. lectularius sequenced genome (650 Mb) and 14,220 predicted protein-coding genes provide a comprehensive representation of genes that are linked to traumatic insemination, a reduced chemosensory repertoire of genes related to obligate hematophagy, host–symbiont interactions, and several mechanisms of insecticide resistance. In addition, we document the presence of multiple putative lateral gene transfer events. Genome sequencing and annotation establish a solid foundation for future research on mechanisms of insecticide resistance, human–bed bug and symbiont–bed bug associations, and unique features of bed bug biology that contribute to the unprecedented success of C. lectularius as a human ectoparasite.