染色体水平基因组揭示闪光金龟子Kibakoganea tamdaoensis的进化与形态发育机制

本研究通过PacBio HiFi和Hi-C技术完成闪光金龟子Kibakoganea tamdaoensis（鞘翅目：金龟科：丽金龟亚科）染色体水平基因组组装（605.37 Mb，10条染色体，N50 54.00 Mb），填补了丽金龟亚科基因组资源空白。团队鉴定出12,945个蛋白编码基因和49.43%重复序列，揭示了其标志性扩增下颚和金属色泽的遗传基础，为鞘翅目适应性进化及农业害虫防治提供新靶点。

　　

在昆虫多样性研究中，丽金龟亚科（Rutelinae）因其绚丽的金属色泽和特殊的形态特征备受关注。这类甲虫不仅是重要的生态指示物种，其中部分种类如日本金龟（Popillia japonica）还是著名的农业害虫。然而，由于基因组资源的缺乏，制约了对其形态发育和适应性进化机制的深入解析。尤其像Kibakoganea tamdaoensis（KTAMD）这类具有 ornamental value（观赏价值）的物种，其标志性的 horn-like mandibles（角状下颚）和 iridescent colouration（虹彩色泽）的遗传基础仍属未知。

为解决这一科学问题，中国科学院动物研究所动物生态与保护生物学重点实验室的研究人员联合美国孟菲斯大学等机构，首次完成了KTAMD染色体水平基因组组装。该研究通过整合PacBio HiFi（57.17X）、Illumina短读长（49.77X）和Hi-C（156.01X）数据，构建了605.37 Mb的基因组草图，其中96.09%序列锚定至10条染色体，scaffold N50达到54.00 Mb，BUSCO完整性评估达96.6%。相关成果发表于《Scientific Data》期刊，为鞘翅目比较基因组学研究提供了关键数据。

关键技术方法包括：1）采用HiFiasm进行三代测序数据初步组装，结合NextPolish进行短读长校正；2）利用Juicer和3D-DNA进行Hi-C染色体挂载；3）通过MAKER整合RNA-seq证据和同源蛋白预测基因模型；4）使用RepeatModeler2鉴定重复元件。样本来自中国贵州省榕江县（25.9356°N, 108.5175°E）的雌性成虫。

基因组特征

组装结果显示KTAMD基因组小于近缘种Chrysina gloriosa（642.3 Mb），但重复序列占比（49.43%）显著高于后者。其中LTR反转录转座子占5.28%，DNA转座子占10.81%。通过tRNAscan-SE和Infernal预测到984个非编码RNA，包括47个miRNA家族和22种tRNA同工型。

基因注释

基于RNA-seq和同源物种证据，共预测12,945个蛋白编码基因，平均含7.41个外显子。功能注释显示98.69%基因在KEGG、SwissProt等数据库获得功能标签，其中8,805个基因（73.65%）具有SwissProt精确注释。

比较基因组学

与已公布的3个丽金龟亚科基因组相比，KTAMD展现出独特的基因家族扩张模式。特别在几丁质代谢（chitin metabolism）和视觉相关基因（如opsins）中发现正选择信号，可能与其幼虫腐食性和成虫趋光行为相关。

该研究首次揭示了丽金龟亚科染色体水平基因组的演化特征，为理解甲虫形态多样性（如扩增下颚发育）和色泽形成机制提供了分子框架。基因组数据将助力于：1）开发基于RNAi的害虫防控策略；2）解析昆虫结构色形成机理；3）重建金龟总科系统发育关系。研究者特别指出，KTAMD中鉴定的几丁质酶基因家族扩张，可能成为新型生物农药的潜在靶标。