染色体级别大豆蚜基因组组装：开启大豆蚜研究新篇章

为解决大豆蚜基因组碎片化问题，研究人员组装其染色体级别基因组，为相关研究提供新资源。

　　# 染色体级别大豆蚜基因组组装：突破困境，开拓新局
在农业的大舞台上，大豆蚜（Aphis glycines）无疑是个令人头疼的 “反派角色”。它隶属于半翅目蚜科，是大豆的主要害虫之一。这种小小的昆虫，却有着复杂的生活史，它是异寄主全周期昆虫，一生要在不同的寄主植物上完成从卵、若虫到成虫的发育过程。在鼠李属植物上，它以有性生殖的方式产卵越冬；而在大豆这一重要的经济作物上，它则开启孤雌生殖模式，疯狂繁衍。

大豆蚜的危害可不小。它的若虫和成虫会用刺吸式口器插入大豆的维管束组织，吸食韧皮部汁液，这就像在大豆的 “血管” 上扎了个洞，破坏了植物的营养平衡，直接导致大豆产量下降。而且，在进食过程中，它还会排出蜜露，这些蜜露覆盖在大豆叶片上，不仅影响光合作用，还为煤污菌的滋生提供了温床。更糟糕的是，大豆蚜还是多种植物病毒的传播媒介，比如大豆花叶病毒（SMV）、苜蓿花叶病毒（AMV）和马铃薯卷叶病毒（PLRV），它将这些病毒传播给寄主和非寄主植物，间接造成了巨大的经济损失。

尽管大豆自身含有一些抗大豆蚜基因（Rag），但大豆蚜不同生物型的存在，使得抗蚜大豆品种的推广困难重重。目前，防治大豆蚜主要还是依靠农药，然而长期使用杀虫剂，只会让大豆蚜的适应能力越来越强，陷入 “道高一尺，魔高一丈” 的困境。

在这样的背景下，高质量的大豆蚜基因组研究显得尤为重要。它就像一把钥匙，能帮助我们打开寻找抗性基因的大门，为大豆蚜防治提供新的思路。但之前受技术限制，大豆蚜的基因组十分碎片化，严重阻碍了相关科研进展。

为了攻克这一难题，中国农业大学植物保护学院农业和林业生物安全国家重点实验室、农业农村部害虫监测与绿色管理重点实验室，黑龙江省农业技术推广站以及黑龙江省农业科学院大豆研究所的研究人员携手合作，开展了大豆蚜基因组相关研究。他们的研究成果发表在《Scientific Data》上，为大豆蚜研究领域带来了新的曙光。

研究人员在这项研究中使用了多种关键技术方法。首先，他们从黑龙江哈尔滨的大豆田采集大豆蚜样本，在实验室特定条件下饲养，建立实验种群。接着，运用 MGI 短读长测序、PacBio 高保真（HiFi）测序和染色体构象捕获（Hi-C）测序技术对样本进行测序。通过 CTAB 法提取基因组 DNA，构建多种测序文库。在数据分析阶段，利用多种生物信息学工具进行基因组评估、组装、注释以及共线性分析等，最终获得了高质量的染色体级别大豆蚜基因组。

下面来看看具体的研究结果：

• 基因组组装：研究人员利用 PacBio HiFi 测序数据进行基因组评估，估算出基因组大小约为 328.62 Mb，杂合度为 0.281% 。以 HiFi reads 为输入数据，使用 Hifiasm v0.19.8 软件进行初步组装，得到包含 58 个 contigs 的基因组。之后，采用特定方法去除共生菌污染序列，再基于 Hi-C 数据将组装的 contigs 锚定到染色体上，经过多次检查和校正，最终获得了大小为 324 Mb 的染色体级别基因组组装，其最长染色体长度为 88.97 Mb，最短为 54.11 Mb，约 98.62% 的序列被锚定到四条染色体上，这与之前观察到的核型一致。
• 重复序列注释：通过构建物种特异性重复序列库，结合已知的节肢动物重复序列库，使用 RepeatMasker 软件对重复序列进行注释。结果发现，大豆蚜基因组中重复序列总计 103.86 Mb，占整个基因组的 32.06%，并对各类重复序列进行了详细分类统计。
• 基因预测和功能注释：研究人员运用基于 RNA-seq 的 BRAKER3 流程预测基因结构，共预测出 20,781 个蛋白质编码基因和 25,231 个转录本。通过对多个数据库的搜索，对预测基因进行功能注释，发现共有 17,183 个（82.69%）基因在至少一个数据库中得到注释。此外，还对非编码 RNA 进行了注释。
• 基因组共线性分析：通过将大豆蚜与豌豆蚜（A. pisum）和苹果绵蚜（E. lanigerum）进行蛋白质序列比对和基因组共线性分析，研究人员推测大豆蚜最长的染色体可能是 X 染色体。

综合来看，研究人员成功完成了大豆蚜染色体级别的基因组组装，这是大豆蚜研究领域的一个重要里程碑。这个高质量的基因组包含更准确的序列和更完整的基因集，为后续深入研究大豆蚜的生物学特性、适应机制以及与寄主植物的相互作用提供了坚实的基础。它有助于科研人员更精准地筛选和研究与抗性相关的基因，为开发更有效的大豆蚜防治策略指明方向，有望打破当前依赖农药防治的困境，为农业生产中的害虫防治带来新的希望和可能。