为什么臭虫这么难杀？科学家揭开基因生存的秘密

科学家绘制了臭虫菌株的基因组图谱，确定了729个与杀虫剂抗性有关的突变，提供了…

　　

科学家绘制了臭虫菌株的基因组图谱，确定了729个与杀虫剂抗性有关的突变，为改进害虫控制提供了见解。

科学家们已经成功地绘制了两种臭虫的近乎完整和高度精确的基因组图谱：一种对杀虫剂高度敏感，另一种“超级株”的抗药性大约是后者的2万倍。这一成就为杀虫剂抗性背后的基因突变提供了迄今为止最全面的观点。研究结果发表在《Insects》杂志上。

虽然目前还不知道臭虫会向人类传播疾病，但它们的叮咬会导致发痒的皮疹和继发感染。杀虫剂的使用，包括现在被禁止的DDT，在20世纪60年代几乎消灭了臭虫种群，使侵扰变得罕见。然而，在过去的二十年里，臭虫在全球范围内死灰复燃，主要是因为基因突变使它们对现代杀虫剂产生了抗药性。

抗性可以通过各种机制产生，例如产生解毒酶（代谢抗性）或进化出更厚的保护外层来阻止化学物质（渗透抗性）。以前的研究已经确定了一些与耐药有关的基因和突变，但是完整的遗传图谱仍然不清楚，因为之前没有研究对耐药菌株的整个基因组进行测序。这项新研究填补了关键的空白，揭示了驱动它们恢复力的突变的全谱。

广岛大学生命综合科学研究生院的Hidemasa Bono教授领导的一个研究小组绘制了来自日本的易感和耐药臭虫菌株的基因组，以解决这一差距。他们获得了68年前在长崎Isahaya市野外采集的野生臭虫（Cimex lectularius）的易感菌株。与此同时，抗性菌株是从2010年从广岛市一家酒店收集的样本中培育出来的。他们的测试表明，耐药样本对拟除虫菊酯类杀虫剂（控制臭虫最常用的杀虫剂）的抗性比以前发现的许多超级菌株的抗性强19,859倍。所有样本均由日本化学制造公司Fumakilla Limited提供。

拼凑基因组拼图

基因组测序就像组装一个巨大的拼图，横跨大约16万到1600亿个碎片。为了绘制迄今为止最完整的臭虫基因组，研究人员使用了突破性的长读测序方法，这种方法可以捕获更长的DNA片段，类似于将整个拼图片段拼在一起。相比之下，传统的短读测序只覆盖很小的片段，经常导致令人沮丧的空白。

研究人员组装了两个基因组的几乎全图，几乎每个片段都精确地属于它，易感菌株的完整性和质量值（QV）达到97.8%，质量值（QV）为57.0，抗性菌株的完整性和QV为94.9%，QV为56.9。QV大于30表示高质量序列，错误率小于0.1%。两者都超过了现有的C. lectularius参考基因组Clec2.1的N50值，这是之前测序工作的结果，这意味着基因组拼图的空白更少，片段更完整。

新的抗性突变被发现

在对基因组进行全面测序后，研究小组确定了蛋白质编码基因，确定了它们的功能，并通过转录分析评估了它们是否具有活性。他们发现了3938个氨基酸不匹配的转录本。其中，729个突变转录本与杀虫剂抗性有关。

“我们确定了抗杀虫剂臭虫的基因组序列，与易感臭虫相比，它们的抵抗力高出2万倍。通过比较易感和抗性臭虫之间的氨基酸序列，我们确定了729个具有抗性特异性突变的转录本，”该研究的第一作者，HU生命综合科学研究生院基因组信息学实验室的博士后研究员Kouhei Toga说。

这些转录本包括与DNA损伤反应、细胞周期调节、胰岛素代谢和溶酶体功能相关的基因。这表明这些分子途径可能在臭虫对拟除虫菊酯产生抗药性的过程中发挥作用。”

通过借鉴以前的昆虫研究，研究人员证实了已知的抗性突变，并发现了新的抗性突变，可以为更有针对性和更有效的害虫控制策略提供信息。

“我们发现了大量可能与杀虫剂抗性有关的基因，其中许多基因以前没有被报道与臭虫的抗性有关。这些基因的基因组编辑可以为杀虫剂抗性的进化和机制提供有价值的见解，”Toga说。“此外，这项研究扩大了监测等位基因分布和频率变化的靶基因库，这可能对评估野生种群的抗性水平有重要贡献。这项工作强调了全基因组方法在了解臭虫杀虫剂抗性方面的潜力。”

参考文献：“Genome-Wide Search for Gene Mutations Likely Conferring Insecticide Resistance in the Common Bed Bug, Cimex lectularius” by Kouhei Toga, Fumiko Kimoto, Hiroki Fujii and Hidemasa Bono, 23 September 2024, Insects.