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梨小食心虫适应更新世气候变化的基因组特征

发布时间:2022年02月18日 08:51  浏览次数:162

近日,植物保护研究所破译了重大果树害虫梨小食心虫染色体水平的基因组,揭示了该虫适应更新世气候变化的基因组演化特征,研究结果发表于Nature子刊Communications Biology。

梨小食心虫Grapholita molesta (Busck)是梨、桃等落叶果树上的重大害虫,幼虫钻蛀果实和新梢,造成严重为害,制约着水果产业的发展。团队前期研究发现该虫起源于我国西南地区,在更新世早期开始向外扩散,在我国经历了第四纪复杂的气候变化并形成了多个冰期避难所种群(Molecular Ecology,2015;BMC Evolutionary Biology,2018;Molecular Ecology,2021)。目前,该虫已扩散至全球主要水果产区,成为世界性果树害虫。

该项研究测定了梨小食心虫高质量基因组,组装得到28条染色体,基因组大小为522G,BUSCO完整度达到97.1%。通过研究发现该虫发生了3次染色体融合事件,一次为鳞翅目祖先Z性染色体与一条常染色融合,形成了neo-Z染色体,另外两次为两组常染色体的融合。在此基础上,研究了更新世分化的冰期避难所种群和冰期后定殖的种群之间的基因组特征,解析了梨小食心虫对第四纪气候变化的适应性进化,发现该虫在冰期避难所种群中保持了较高的基因组多样性,在倒数第二次盛冰期期间,避难所种群的有效种群大小明显下降,但在末次盛冰期期间保持稳定,表明倒数第二次盛冰期相较于末次冰盛期对该害虫产生了更大的影响。基因组扫描分析发现,neo-Z染色体上的染色体倒位和1个昼夜节律基因Clk突变可能与避难所种群的形成有关,而能量代谢通路和翅发育通路基因在冰期后定殖种群中受到正选择,揭示了第四纪气候对现存物种适应性进化的多样化影响机制。研究结果有助于理解我国复杂生态地理环境下农业害虫的演化特征与灾变机制,揭示害虫对当前和未来气候变化的适应性,为预测预报和防治技术研究提供新思路。

植物保护研究所曹利军副研究员为论文第一作者,研究生宋威、范旭蕾、助理研究员陈金翠和澳大利亚墨尔本大学Ary Hoffmann教授为论文共同作者,魏书军研究员为论文通讯作者。相关研究得到了国家自然科学基金项目(32070464)等项目的资助。

全文链接:https://www.nature.com/articles/s42003-022-03097-2

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