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马铃薯（Solanum tuberosum）是全球粮食安全的重要作物，中国马铃薯种植受虫害影响严重，但昆虫群落特征不明。研究人员通过 DNA metabarcoding 技术研究云南马铃薯田昆虫多样性，确定 1707 个 BINs，为害虫监测管理及生物多样性研究提供数据支持。
马铃薯作为全球第四大粮食作物，在保障粮食安全方面发挥着关键作用。中国是马铃薯种植大国，种植面积和产量均居世界前列。然而，虫害问题却成为制约中国马铃薯产业发展的一大难题。每年约有 260 万公顷的马铃薯种植面积受到虫害影响，占总种植面积的 47.3%，平均年产量损失高达 196,000 吨 。常见的害虫如马铃薯块茎蛾（
Phthorimaea operculella）、科罗拉多马铃薯甲虫（
Leptinotarsa decemlineata）等，严重威胁着马铃薯的产量和质量。
目前，针对马铃薯虫害的研究大多聚焦于害虫本身，却忽视了自然天敌昆虫在生物防治中的重要作用。自然天敌昆虫不仅是控制害虫数量的重要力量，也是衡量农业生物多样性和生态系统服务功能的关键指标 。但遗憾的是，关于马铃薯田生态系统中自然天敌昆虫的相关数据极度匮乏，这给害虫的监测和管理带来了极大的阻碍。
为了填补这一空白，中国农业科学院植物保护研究所的研究人员开展了一项旨在探索云南马铃薯田昆虫多样性的研究。研究团队通过系统的调查和分析，揭示了不同生长阶段马铃薯田昆虫群落结构，以及主要害虫和自然天敌的发生动态，为有益昆虫资源开发和害虫监测管理提供了有力的数据支撑。该研究成果发表在《Scientific Data》上。
研究人员采用了一系列先进的技术方法来开展这项研究。首先，在样本采集方面，从 2021 年 8 月 5 日至 2022 年 7 月 14 日，研究人员在云南曲靖马龙区的马铃薯田部署了 5 个马氏网（Malaise traps），每周采集一次昆虫样本，共收集到 245 个样本。其次，在 DNA 条形码测序环节，研究人员利用线粒体细胞色素 c 氧化酶 1（COI）基因的 5′区域作为标准条形码标记，针对不同样本采用不同的 DNA 提取方法，并进行 PCR 扩增和高通量测序。最后，在生物信息学分析阶段，运用 Cutadapt 软件去除引物片段，借助 mBRAVE 平台对数据进行处理和分析，将序列与全球昆虫库（Global Insecta Library）和中国昆虫数据集（China Insecta dataset）进行比对，从而确定昆虫的种类。
样本采集与 DNA 提取
研究人员在云南曲靖马龙区马铃薯田部署 5 个马氏网，用装有 95% 乙醇的收集瓶每周收集昆虫样本，共收集 245 个。样本带回实验室后更换乙醇保存。针对组织量不同的样本，分别采用不同方法提取 DNA，从每个样本取 3 个子样本，共 726 个样本用于后续测序。
生物信息学分析
通过 Cutadapt 软件去除序列中的引物片段，利用 mBRAVE 平台对代谢条形码数据进行分析。在 mBRAVE 平台上创建项目，设置分析参数对上传序列进行质量控制和筛选，去除低质量读段和嵌合体，将读段聚类成 BINs。同时，将全球昆虫库和中国昆虫数据集作为参考数据库进行序列注释，仅保留与 BINs 匹配度高于 97% 且至少有 5 条读段匹配的结果进行后续分析。
数据记录与技术验证
原始测序数据（raw fastq data）和样本元数据（sample metadata）分别保存，原始数据存入美国国立生物技术信息中心（NCBI）序列读取存档库，登录号为 SRP538027。为确保数据可靠性，每个样本进行 3 轮 DNA 提取和扩增，用 Thermo Scientific NanoDrop 仪器评估 DNA 质量和浓度，通过琼脂糖凝胶电泳验证 COI 基因片段扩增长度，利用 mBRAVE 平台进行序列合并、质量控制和筛选，最终生成 BIN 表。
研究结果与讨论
研究共鉴定出 1707 个与已知昆虫相关的 BINs，其中大部分 BINs 对应单一分类单元，但仍有 22.5% 与多个物种或属相关。与全球昆虫库和中国昆虫数据集的比较分析表明，目前的条形码参考库存在不完整性，凸显了开发区域 DNA 条形码参考库的重要性 。
通过建立累积曲线分析采样效率，发现曲线逐渐变平，表明该研究已采集到马铃薯田的大部分昆虫。基于分类丰度数据对全球昆虫库和中国昆虫数据集进行昆虫组成和差异比较，结果显示，在 alpha 多样性分析中，5 个采样点存在差异；在 beta 多样性分析中，两个数据集的昆虫生物多样性存在相似性。
该研究首次详细揭示了中国马铃薯田昆虫的生物多样性，为马铃薯害虫管理和有益昆虫评估提供了宝贵的数据。同时，研究也指出，构建全国性的马铃薯农业生态系统昆虫名录，还需对其他马铃薯种植区域进行调查。这项研究成果对于推动马铃薯产业的可持续发展，保障全球粮食安全具有重要意义。它不仅为农业害虫防治提供了科学依据，也为生物多样性保护和生态系统服务功能的研究提供了新的思路和方法。
