中國率先完成草地貪夜蛾染色體基因組測序和組裝

　　從蟲卵到成蟲，20天左右就完成一個世代。遷飛速度快、繁殖力強(qiáng)、食量特別大是入侵物種草地貪夜蛾的“標(biāo)簽”。這種“幺蛾子”取食玉米、水稻、高粱等186種植物，危害甚深。從今年1月在西南邊陲普洱江城發(fā)現(xiàn)，半年過去，其子子孫孫已飛抵東北三省，橫掃中國版圖對角線。

　　5月中旬，一場與飛行速度爭搶時間的科學(xué)研究也在接力進(jìn)行。僅用25天，從害蟲采樣到論文發(fā)表，我國首次在全球完成對這種外來入侵者染色體級別的基因測序與組裝。

　　“草地貪夜蛾基因組的解讀和深層次回答，對進(jìn)一步研究其亞型、耐藥性和長期防控具有重要意義。”中國科學(xué)院院士、華大基因?qū)W院院長楊煥明18日在昆明表示，入侵生物的耐毒性與遺傳機(jī)制、確定入侵中國的樣本類型、遷飛路線、基因防御技術(shù)、雜食性遺傳機(jī)制等研究與應(yīng)用，都離不開高質(zhì)量參考基因組。

　　華大生命科學(xué)研究院數(shù)字化地球研究所副所長劉歡介紹，從5月21日13：00接到任務(wù)指令到聯(lián)系好采樣，他們僅用時30分鐘；兩個小時后，確定了項(xiàng)目實(shí)施方案和樣本來源。次日，他們在廣州采到了樣本，同時來自云南的樣本送達(dá)深圳，當(dāng)天就著手DNA提取等工作；第5天，就實(shí)現(xiàn)stLFR測序數(shù)據(jù)下機(jī)、5K大片段和WGS上機(jī)測序以及轉(zhuǎn)錄組上機(jī)；第10天，完成了物種鑒定和第一版雌雄兩個基因組組裝；第15天，轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)下機(jī)，完成組裝補(bǔ)洞和開始基因組注釋；第25天——6月15日，發(fā)布兩個染色體水平的基因組，確定侵入我國草地貪夜蛾亞型和可能來源，文章正式在BioRxiv發(fā)表。

　　“人類基因組測序六個國家參與、花了十年時間；其他物種的組裝研究分析通常達(dá)到1年，算是快的。草地貪夜蛾的入侵，吹響了科研服務(wù)國家的號角，也讓我們創(chuàng)造了前所未有的速度。”劉歡說。

　　在楊煥明院士領(lǐng)導(dǎo)下，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)、華大基因、中國科學(xué)院動物研究所、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院等通力協(xié)作，動用了所有資源，與國內(nèi)各省區(qū)以及美國樣本互動，產(chǎn)出了1.5Tb的基因組測序原始數(shù)據(jù)，目前完成了1雌1雄2個染色體水平的基因組組裝，兩個基因組組裝大小分別達(dá)到了542.42M和530.77M。

　　“無論是基因組完整性還是基因集的完整性都超過了目前已有版本。”劉歡說，研究中通過基因注釋共發(fā)現(xiàn)了12516個基因家族。通過與8個近緣鱗翅目物種進(jìn)行比較基因組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了多個擴(kuò)張基因家族，其中有兩個嚴(yán)重?cái)U(kuò)張，這意味著其在某些方面功能非常強(qiáng)，這或?qū)椴莸刎澮苟甑母叨入s食性、抗藥性研究打下基礎(chǔ)。研究人員通過對草地貪夜蛾亞型分析表明中國種群有玉米型(C型)和雜合水稻型(R型)兩種類型，確定有非洲入侵，不排除其他地區(qū)入侵。值得一提的是，項(xiàng)目組所使用的stLFR和Hi-C技術(shù)均為自主研發(fā)技術(shù)，達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

　　“這是一個涉及生態(tài)、民生、糧食安全乃至倫理等的科學(xué)課題，體現(xiàn)了參與科研機(jī)構(gòu)和人員的擔(dān)當(dāng)，以及科學(xué)與合作的精神。后續(xù)工作要盡快做、盡量做！”楊煥明院士說。

　　與此同時，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)桂富榮教授等開展了草地貪夜蛾的災(zāi)變機(jī)理及控制研究，陳斌教授等則圍繞生物多樣性控制生物災(zāi)害展開研究，均取得初步進(jìn)展。目前，基因組數(shù)據(jù)已上傳國家基因庫的中國核酸序列歸檔系統(tǒng)(CNSA)數(shù)據(jù)平臺，供全世界研究者公開下載使用。未來，項(xiàng)目組還將進(jìn)一步開展耐毒性、轉(zhuǎn)錄組等方面的研究。