首张波形嗜尸甲虫染色体水平基因组图谱揭示法医昆虫学进化新机制

《Scientific Data》：A chromosomal-level genome assembly of Thanatophilus sinuatus Fabricius (Coleoptera: Staphylinidae)

本刊推荐：为解决法医昆虫学关键物种波形嗜尸甲虫（Thanatophilus sinuatus）缺乏参考基因组的瓶颈问题，研究团队通过PacBio HiFi+Illumina+Hi-C多组学技术完成了全球首个染色体级别基因组组装（288.95 Mb，16条染色体，BUSCO完整性98.6%）。该成果为解析腐食性昆虫的化学感受器基因家族进化、解毒代谢通路（如细胞色素P450）及尸体利用策略的遗传基础提供了关键数据，显著推进了Silphinae甲虫比较基因组学研究和PMI（死后间隔）估计精准化。

　　

在法医昆虫学领域，嗜尸甲虫作为尸体分解过程中的"天然计时器"，其发育规律与尸体腐败进程存在密切关联。其中，波形嗜尸甲虫（Thanatophilus sinuatus）作为Silphinae亚科中分布最广的腐食性甲虫之一，在Holarctic和Afrotropical生物地理区系中具有重要生态位。这种黑体鞘翅目昆虫凭借其对挥发性有机化合物（VOCs）的敏锐嗅觉，能在尸体分解早期快速定位并参与分解过程，成为法医实践中推断死后间隔（PMI）的关键生物指标。然而，由于缺乏高质量的参考基因组，该物种在分子层面的适应机制研究长期受限，特别是其独特的腐食性行为、解毒代谢通路以及与环境微生物互作的遗传基础仍属未知领域。

传统分类学将嗜尸甲虫归为独立的Silphidae科，但现代分子系统学研究揭示其实际演化自小型捕食性隐翅虫祖先，现被重新划分为Staphylinidae科下的Silphinae亚科。这一分类修订表明，嗜尸甲虫从捕食性向腐食性的生态位转变是鞘翅目进化史上的重要事件。作为非埋葬型腐食甲虫的代表，波形嗜尸甲虫与具有亲代抚育行为的埋葬甲虫（Nicrophorini）形成了鲜明的生态策略对比：前者通过竞争方式利用暴露的大型尸体，后者则采用埋葬小型尸体的策略。这种生态分化使其成为研究腐食性适应性进化的理想模型，尤其有助于解析化学感受、竞争抑制、解毒代谢等关键性状的遗传基础。

尽管已有研究通过线粒体COI基因和有限核基因标记揭示了波形嗜尸甲虫的系统发育地位，但基因组层面的信息空白严重制约了其功能基因组学与进化生物学研究。相较之下，近缘物种如Nicrophorus vespilloides和Nicrophorus investigator已先后完成基因组测序，为亲代抚育等复杂行为的研究提供了重要基础。因此，获得染色体级别的波形嗜尸甲虫基因组不仅能够填补Silphinae亚科基因组资源的空白，更可通过比较基因组学方法揭示腐食性甲虫的进化规律，为法医昆虫学提供新的分子工具。

本研究采用多组学整合策略，通过PacBio HiFi长读长测序（60.31×覆盖度）、Illumina短读长测序（103.23×）和Hi-C染色体构象捕获技术（158.16×）相结合的方式，对实验室驯化12代以上的雄性个体进行全基因组测序。样本采集自中国河北唐山（39.83°N, 118.16°E），通过CTAB法提取肌肉组织基因组DNA，并利用TRIzol法提取RNA用于转录组验证。

基因组组装与注释结果显示，最终获得的基因组大小为288.95 Mb，包含28个scaffold，其中98.37%的序列（284.24 Mb）成功锚定到16条染色体上。Scaffold N50达到18.97 Mb，contig N50为6.25 Mb，GC含量32.49%。通过GenomeScope k-mer分析估计基因组大小为287.23 Mb，杂合度为1.85%。BUSCO（Benchmarking Universal Single-Copy Orthologs）评估显示基因组完整性达98.6%（Insecta基因集n=1,367），其中单拷贝基因占97.3%，重复基因仅1.3%。

重复序列分析表明，转座元件等重复序列占基因组的34.32%，包括DNA转座子（10.47%）、LINEs（长散在重复序列，4.61%）、简单重复（8.41%）和LTRs（长末端重复，0.42%）。非编码RNA注释识别出1,755个ncRNA，包括546个rRNA、650个tRNA、59个microRNA和116个snRNA。基因结构预测通过MAKER流程整合转录组证据、同源比对和从头预测，最终获得12,300个蛋白编码基因，平均基因长度9,358.8 bp，含6.2个外显子和5.1个内含子。蛋白编码序列的BUSCO完整性评估达98.8%，证明注释质量优异。

功能注释方面，11,191个基因在UniProt数据库中获得匹配，10,138个基因获得InterProScan结构域注释，6,434个基因获得GO（Gene Ontology）功能分类，7,360个基因获得KEGG ko术语注释，涉及4,498条代谢通路。特别值得注意的是，与法医昆虫学特性相关的基因家族，如化学感受器（嗅觉受体、味觉受体）、解毒代谢酶系（细胞色素P450家族）、酪氨酸代谢和抗坏血酸代谢通路等均得到系统注释。

该基因组资源的建立为多维度研究提供了重要基础。在法医应用层面，基因组范围内的微卫星标记和SNP（单核苷酸多态性）位点可用于种群遗传学分析，促进昆虫证据的地理溯源；发育阶段特异性表达谱有助于幼虫龄期判定，提升PMI估计精度。在进化生物学层面，通过与埋葬甲虫基因组的比较，可揭示腐食性策略分歧的遗传机制，解析Silphinae亚科在 Staphylinidae科内的系统发育地位。此外，16条染色体的高质量组装为研究鞘翅目核型进化、染色体结构变异提供了理想模型。

这项发表于《Scientific Data》的研究不仅填补了法医昆虫学关键物种的基因组空白，更建立了跨学科研究的技术范式。基因组数据已公开于NCBI（BioProject: PRJNA1195369）和Figshare平台，为全球研究者开展比较基因组学、分子生态学和法医昆虫学研究提供了核心资源。未来基于该基因组的研究有望在昆虫适应性进化理论、法医昆虫学应用技术以及腐食性生态系统功能解析等领域产生系列突破性成果。