黑水虻日本品系基因组与整合RNA测序数据解析及其在生物资源开发中的应用

《Scientific Data》：Genome Sequence Data and Integrative RNA-Seq Data of Black Soldier Fly (Hermetia illucens) (A Japanese Strain)

本研究针对黑水虻(Hermetia illucens)工业化应用中遗传多样性不足的问题，开展了日本品系的高质量基因组组装与多组织转录组分析。通过PacBio长读长测序技术构建了1.05 Gbp基因组（N50达191 Mbp），预测17,892个基因并完成功能注释。整合时间序列幼虫样本及成虫多组织RNA-seq数据，建立了可靠的表达谱数据库。该资源为黑水虻分子育种和进化研究提供了关键数据支撑，对推动有机废弃物生物转化技术发展具有重要意义。

　　

在可持续农业和循环经济发展的全球背景下，黑水虻（Hermetia illucens）作为一种具有卓越生物转化能力的资源昆虫正受到广泛关注。这种双翅目昆虫的幼虫能够高效分解有机废弃物，将餐厨垃圾、畜禽粪便等转化为富含蛋白质和脂质的生物质，其虫体可作为水产饲料和生物柴油的优质原料。然而，当前商业化应用的黑水虻种群存在遗传背景单一的问题，这限制了其抗逆性和生产性能的进一步提升，也增加了疾病暴发的风险。

日本农业食品产业技术综合研究机构（NARO）的科研团队在《Scientific Data》上发表了最新研究成果，报道了黑水虻日本品系的高质量基因组序列和整合性RNA测序数据。该研究通过采集日本筑波地区的野生种群，建立了具有本地遗传特征的实验品系，为黑水虻的遗传改良和工业化应用提供了宝贵的遗传资源。

研究人员采用PacBio Sequel II系统进行长读长基因组测序，结合Hifiasm和CANU组装算法，构建了包含66个contig的基因组框架，总长度约1.05 Gbp，N50值达到190.59 Mbp，这一指标显著优于此前发表的多个黑水虻基因组版本。通过RepeatModeler和RepeatMasker分析发现，基因组中重复序列和转座元件占比高达68%，其中LINE2类元件尤为丰富，占基因组的43.93%。

在转录组研究方面，团队设计了系统性的取样策略：包括8个时间点的幼虫全样本（T1-T8）、6龄幼虫的肠道组织（全肠FG、中肠MG、后肠HG）、马氏管（MT、WMT）和脂肪体（FB），以及成虫的头部（Fh/Mh）、跗节（Ft/Mt）和全身（Fw/Mw）等多个组织部位。通过Illumina NovaSeq 6000平台进行RNA测序，获得的clean reads与参考基因组的比对率普遍高于93%，仅T1样本因酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）污染而比对率较低（58.61%）。

技术方法上，研究采用三代测序技术进行基因组de novo组装，运用BRAKER结合RNA-seq数据和果蝇蛋白序列进行基因预测，通过InterProScan和Pfam数据库完成功能注释，利用STAR和RSEM进行转录组定量分析，并通过BUSCO评估基因组完整性。

基因组序列数据验证

组装基因组与已发表的黑水虻基因组数据对比显示，本研究获得的基因组在连续性方面具有明显优势：contig数量仅66个，远少于Zhan等报道的2806个。BUSCO分析显示完整基因比例达到98.7%，证明基因组组装质量较高，可作为可靠的参考基因组。

RNA-seq数据验证

主成分分析（PCA）显示，不同发育阶段的幼虫样本形成独立聚类，T1样本与T2样本位置接近，表明其表达谱数据可用于比较分析。层次聚类分析结果显示，成虫、蛹和幼虫样本分别形成三大聚类，而中肠（MG）和全肠（FG）样本形成独立分支，白马氏管（WMT）、马氏管（MT）和脂肪体（FB）因空间位置邻近而聚为一类，证明转录组数据具有生物学合理性。

功能注释分析

通过BLASTP、HMMER和InterProScan等工具对预测的17,892个基因进行功能注释，96.92%的基因在NCBI nr数据库中找到同源序列，78.28%的基因含有Pfam结构域，76.01%的基因获得InterPro条目注释，54.57%的基因具有GO功能分类。

这项研究不仅提供了黑水虻日本品系的高质量基因组资源，还建立了全面的转录组表达图谱，为理解黑水虻的生物学特性和进化历史提供了重要线索。这些数据将有助于识别与营养成分积累、废弃物转化效率相关的关键基因，为基因组编辑育种提供靶点选择依据。该研究成果对推动黑水虻在有机废弃物处理和可持续蛋白质生产中的应用具有重要价值，也为昆虫资源开发利用提供了新的研究范式。