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Gigascience:首次解析昆虫花姑娘的基因组

日期: 2019年10月18日


    

2014年9月,美国宾夕法尼亚州伯克斯县首次发现了一种色彩艳丽的虫子。这种昆虫学名为斑衣蜡蝉(Lycorma delicatula),民间俗称花姑娘。它们来源于亚洲,是多种果树及经济林树木上的重要害虫之一。臭椿是斑衣蜡蝉喜欢的树种,除此之外,桃树、杏树、苹果树、梨树、葡萄、石榴等常见树木都是它的取食对象。

 

 昆虫花姑娘

图片来源于网络 仅供参考

 

为了防止这个入侵物种的广泛传播,宾尼法尼亚州农业部在首次发现地点周围建立了隔离区,并将检疫区从50平方英里扩大到9,400平方英里。尽管它的危害性很大,但人们对斑衣蜡蝉及其他蜡蝉科昆虫的基因组仍然一无所知,因此需要迅速开发相关的资源以便制定管理和控制措施。

 

为此,美国农业部农业研究局(ARS)联合PacBio Biosciences和宾夕法尼亚州立大学,对一只田间捕获的斑衣蜡蝉进行了测序,并将高质量的基因组组装结果发表在《Gigascience》杂志上。在此之前,还没有蜡蝉的近缘物种得到测序,因此数据显得格外重要。

 

农业研究局的昆虫学家Scott M. Geib表示:“拥有这种有害生物的基因组,为更好地了解其生物学和行为打开了一扇门,并更有可能提出潜在的控制方法,例如通过了解昆虫的嗅觉基因来开发诱捕的诱饵,或者探索基因编辑或RNAi等方法。”

 

值得注意的是,此次测序所需的基因组DNA均来自一只在树上捕获的昆虫,而以往是无法做到的。斑衣蜡蝉的基因组比较大,大约为2.2 Gb,故需要多次测序运行来完成整个工作,这就需要用到大量的DNA。

 

以往的做法是合并多个生物,但这增加了出错的机会。后来,人们花几个月甚至几年的时间来建立近交系,这不仅成本高昂,而且对于许多物种来说是不现实的。对野生标本直接进行测序,跳过了许多繁琐的工作,还能更准确地鉴定遗传变异,而不存在适应实验室培养或杂合性丢失的风险。

 

“与PacBio公司合作,并使用其新的测序平台PacBio Sequel II,我们仅仅利用单个标本就能获得足够的覆盖度。它带来了快速的周转和更低的成本,这项研究的消耗品价格低于2,000美元,当然不包括购买测序仪器的费用,”Geib解释说。

 

为了评估基因组的完整性,研究人员检查了一组“核心基因”(这些基因应在所有的昆虫基因组中出现一次),并验证了多少基因出现在斑衣蜡蝉基因组中。在此案例中,他们发现了大约97%的单拷贝核心基因,且重复率非常低。

 

“对如此庞大的昆虫基因组进行快速测序,且无需建立近交系,这提高了我们完成Ag100Pest项目的可行性,”Geib表示。农业研究局Ag100Pest计划的重点是破译100种有害昆虫的基因组,预计将对农业和环境产生深远的生物经济影响。他补充说:“现在有了这个系统,100个甚至1000个基因组就并非异想天开。”(生物通 薄荷)

 

原文检索

A high-quality genome assembly from a single, field-collected spotted lanternfly (Lycorma delicatula) using the PacBio Sequel II system

GigaScience, Volume 8, Issue 10, October 2019, giz122, https://doi.org/10.1093/gigascience/giz122

 

转载标题:Gigascience:首次解析昆虫花姑娘的基因组

 

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