揭秘核桃害虫基因组：为农业防治开启新篇

研究人员构建核桃害虫 Atrijuglans aristata 染色体水平基因组，助力其防治及相关研究。

　　在广袤的农林生态系统中，昆虫与植物之间的 “战争” 从未停歇。鳞翅目麦蛾总科（Gelechioidea）的昆虫堪称这场 “战争” 中的 “狡猾刺客”，它们体型微小，却能对农林经济作物造成巨大破坏。这些害虫种类繁多，已知超过 18400 种，攻击的植物涵盖茄科、胡桃科、蔷薇科、豆科等多个科。在中国，它们每年给农业带来的经济损失高达 11 亿美元，严重阻碍了农林产业的发展。然而，由于体型小易被忽视，其研究进展一直较为缓慢，截至 2024 年 10 月，在 NCBI 数据库中，麦蛾总科已组装基因组的物种仅有 30 种，远少于夜蛾科（Noctuoidea）的 212 种。

核桃作为重要的经济作物，在中国的年产量达 42 万吨，位居世界首位。但有一种专门危害核桃的害虫 —— 核桃举肢蛾（Atrijuglans aristata），成为了核桃丰收路上的 “拦路虎”。它的幼虫主要侵害核桃的青皮，在生长季持续肆虐，平均虫害率高达 80%，致使大量核桃提前掉落，中国的核桃产量因此大幅减少 40 - 50%。长期以来，由于缺乏高质量的核桃举肢蛾基因组，人们对其防治和管理束手无策，仿佛在黑暗中摸索。

为了打破这一困境，首都师范大学生命科学学院等机构的研究人员踏上了探索之旅。他们致力于构建核桃举肢蛾染色体水平的基因组，为后续研究奠定基础。这一研究成果发表在《Scientific Data》上，犹如一道曙光，照亮了核桃害虫防治的前行道路。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们从山东济南采集核桃举肢蛾成虫样本，通过二代和三代测序技术，获取了 Illumina paired - end reads、PacBio HiFi reads、PacBio CLR reads、Nanopore reads 和 Hi - C reads 等不同类型的测序数据。随后，利用 k - mer 方法估计基因组大小，再借助 wtdbg2、NextPolish、purge_haplotigs 等软件对基因组进行组装和校正，并使用 Hi - C 技术将 contigs 锚定到染色体上。在基因注释环节，通过重复元件检测、多种基因预测方法以及功能注释等步骤，全面解析基因组信息。

研究结果主要包括以下几个方面：

1. 基因组组装：研究人员成功构建了核桃举肢蛾染色体水平的基因组，其大小为 480.99 Mb，跨越 31 条假染色体，包括 Z 染色体和部分 W 染色体。基因组的 Contig N50 和 scaffold N50 分别为 2.68 Mb 和 16.01 Mb，BUSCO 完整性达到 95.6%，这表明所构建的基因组质量较高。
2. 基因注释：通过分析发现，近一半的基因组（48.17%）为重复序列，其中 DNA 转座子最为丰富，占基因组的 26.03%，其次是反转录元件（15.70%）。在基因组中总共预测到 22542 个蛋白质编码基因，BUSCO 评估显示蛋白质编码基因的完整性为 94.3%，说明基因注释较为完善。同时，通过 eggNOG 和 InterProScan 等数据库对基因进行功能注释，分别有 14966 个和 18128 个基因得到注释，综合两种方法共注释了 19167 个基因。
3. 染色体分析：对核桃举肢蛾、稻纵卷叶螟（Cnaphalocrocis medinalis）和斜纹夜蛾（Spodoptera litura）进行全基因组共线性分析，发现核桃举肢蛾的染色体与稻纵卷叶螟和斜纹夜蛾存在显著共线性。通过分析测序 reads 在各染色体上的覆盖度，推测核桃举肢蛾的 Chr01 和 Chr31 分别可能是 Z 染色体和部分 W 染色体。

研究结论和讨论部分指出，该研究成果具有多方面的重要意义。作为麦蛾总科举肢蛾科首个测序的基因组，为挖掘核桃举肢蛾重要功能性状的基因提供了遗传基础。例如，有助于研究其与核桃之间的相互作用机制，明确害虫适应宿主植物的分子机制。这将为开发新型纳米农药提供理论依据，有望为核桃害虫的防治开辟新途径。同时，该基因组也为研究昆虫专性寄生物对宿主植物的适应性进化提供了重要参考，推动了昆虫 - 植物互作领域的研究进展，让人们在探索农林生态系统奥秘的道路上又迈出了坚实的一步。