中国科学院动物研究所王宪辉团队：基于染色体水平基因组的苜蓿切叶蜂授粉生态适应性解析

苜蓿切叶蜂是世界上管理最为集约化和应用最广泛的独居性授粉蜂，能够为13科33属52种植物授粉，其授粉服务遍布全球。尤其是在苜蓿等自交不亲和的豆科植物授粉中发挥着不可替代的作用，可以提高苜蓿种子产量3-5倍，...

　　

苜蓿切叶蜂（Megachile rotundata）是世界上管理最为集约化和应用最广泛的独居性授粉蜂，能够为13科33属52种植物授粉，其授粉服务遍布全球。尤其是在苜蓿等自交不亲和的豆科植物授粉中发挥着不可替代的作用，可以提高苜蓿种子产量3-5倍，在欧美等国家年经济产值达数十亿美元。解析苜蓿切叶蜂繁殖效率、滞育状态、病原菌感染等生态适应性状遗传机制，能够为其高效繁育提供支撑。

? 在大食物观视阈下，饲料粮安全是粮食安全的核心组成部分。由于缺乏苜蓿切叶蜂繁育等高效授粉技术，导致我国苜蓿、杂交大豆等主要饲料粮作物制种业长期面临产能低下问题，产业发展受到严重制约。为突破这一制约粮食安全的技术瓶颈，我国曾多次尝试引进苜蓿切叶蜂，但始终未能突破规模化繁育技术难关。因此，实现苜蓿切叶蜂本土化驯养及其高效繁育技术突破，已成为推动我国苜蓿、杂交大豆制种产业健康发展的关键。

中国科学院动物研究所王宪辉团队和宁夏农林科学院植物保护研究所张蓉团队合作，经过近10年的努力，已成功筛选和建立稳定的苜蓿切叶蜂本土适应种群（大于200万头蜂）。近日，在苜蓿切叶蜂生态适应性研究方面取得重要突破。该团队利用Oxford Nanopore、PacBio HiFi结合Hi-C技术，成功破译了苜蓿切叶蜂本土适应种群的高质量染色体水平基因组（280.68 Mb）。基因家族表达模式分析结果表明，视觉相关基因在成虫期特异性高表达，提示视觉信号在成蜂蜜粉源植物和巢穴定位方面的重要性。大量嗅觉受体（OR）及气味结合蛋白（OBP）等化学感受基因在成年雄蜂中显著高表达，表明化学通讯在雄蜂配偶定位与生殖过程中的关键作用。尤其值得关注的是，苜蓿切叶蜂基因组中天然免疫Toll样受体基因发生显著扩张，共鉴定出28个拷贝，是蜜蜂和熊蜂的3-5倍，这种扩张主要发生在Toll-1亚家族。Toll-1成员及通路关键基因表达量在滞育预蛹中显著高。经大肠杆菌（E.coli）刺激后，滞育预蛹中抗菌肽基因Apidaecin和Defensin1的表达量上调幅度及个体存活率均显著高于非滞育预蛹。表明Toll基因家族的扩张和预蛹期高表达可能降低了苜蓿切叶蜂病原识别的阈值，增强了滞育期的免疫应答能力，从而提高了苜蓿切叶蜂长达8个月滞育阶段的存活率。此外，该研究还发现苜蓿切叶蜂基因组中P450家族及羧酸酯酶（CCE）等解毒酶基因显著收缩。这一特征可能与苜蓿切叶蜂相对专一取食豆科植物花粉花蜜，接受到更少种类的次生代谢物有关。解毒酶数量的收缩也从基因组角度阐释了苜蓿切叶蜂比蜜蜂、熊蜂具有更高杀虫剂和污染物敏感性的遗传基础，提示苜蓿切叶蜂繁育要求更苛刻的环境条件。

? 该项工作破译的苜蓿切叶蜂高质量染色体水平基因组，以封面文章形式在线发表在2025年Advanced Science期刊上（https://doi.org/10.1002/advs.202417054）。这项工作不仅揭示了苜蓿切叶蜂授粉、滞育、解毒等独特的生态适应性遗传基础，更为苜蓿切叶蜂授粉技术未来在我国苜蓿、大豆等重要农作物制种产业上的大规模应用推广提供了强有力的支撑。

中国科学院动物研究所博士研究生石让军为第一作者，中国科学院动物研究所王宪辉研究员和侯丽副研究员为本论文的通讯作者。宁夏农林科学院植物保护研究所张蓉研究员和朱猛蒙副研究员，中国农业大学赵紫华副教授参与了该项目研究。

该工作得到了中国科学院动物研究所康乐院士的大力支持。得到中国科学院先导项目（XDA26030302）、宁夏回族自治区重点研发计划项目（2022BBF02028）、中国科学院动物研究所开放课题（IPM2014和IPM1802）和中国科学院青年创新促进会项目（2021079）的资助。

? 文章链接：https://doi.org/10.1002/advs.202417054

R. Shi,P. Duan,M. Zhu,R. Zhang,Z. Zhao,X. Nie,H. He,L. Hou,X. Wang,Chromosome-Level Genome Assembly of the Leafcutter Bee Megachile rotundata Reveals Its Ecological Adaptation and Pollination Biology. Adv. Sci. 2025,2417054. https://doi.org/10.1002/advs.202417054

图1已成功建立的本土化苜蓿切叶蜂种群大田授粉和管理体系

图2 苜蓿切叶蜂染色体水平基因组组装与先天免疫MroToll基因家族的扩张