草地贪夜蛾染色体级基因组组装：揭示其入侵路径与农药抗性机制

草地贪夜蛾（Spodoptera frugiperda）是一种极具破坏性的害虫，已在多个大洲迅速蔓延，对玉米、水稻、甘蔗和高粱等主粮作物造成了严重破坏。在发表于《Protein & Cell》的最新研究中，我们发布了草地贪夜蛾的染色体级基因组组装序列，为理解其遗传多样性、入侵历史以及农药抗性机制提供了关键见解。这些发现为制定更好的害虫防治策略和生物安全工作奠定了基础。

主要发现

• 利用 stLFR 和 Hi-C 数据实现高质量组装： 我们的基因组测序工作生成了 542.42 Mb 的高连续性基因组组装序列，并将其锚定到 31 条染色体上。由于昆虫基因组的复杂性，组装草地贪夜蛾基因组极具挑战性；然而，单管长片段读取（stLFR）测序技术与 Hi-C 挂载技术的结合，使我们能够成功构建出该物种的染色体级参考基因组。

• 中国草地贪夜蛾的起源与群体演化： 对来自美洲、非洲和中国的 163 个个体进行全基因组重测序显示，不同群体之间存在显著的遗传分化。系统发育分析证实，入侵中国的草地贪夜蛾起源于非洲群体，而非直接来自美洲。此外，品系鉴定显示，中国和非洲群体中仅存在 C 品系（玉米型），进一步支持了这一迁徙路径。

• 通过转录组学鉴定农药抗性机制： 最引人注目的发现之一是细胞色素 P450 基因家族的显著扩张，该家族在农药解毒中起着至关重要作用。该基因组包含 425 个 P450 基因，其中 283 个是草地贪夜蛾特有的，与其它鳞翅目物种相比，这一基因扩张规模极其庞大。针对 23 种不同农药响应的基因表达功能研究证实，包括 AOX、UGT 和 GST 在内的多个解毒途径积极参与了其抗性机制。

研究感悟

2020 年不仅是新冠疫情的开始，也是草地贪夜蛾在中国南方大规模爆发的时期。作为我们长期致力于利用基因组学应对公共卫生和农业挑战的一部分，我们深感迫切需要解码这种入侵害虫的基因组，以减轻其对作物的破坏。

在杨焕明教授的指导下，我们迅速与云南和广东的研究人员建立了合作，获得了测序所需的关键样本。由于物流限制，我们当时无法使用传统的长读长测序方法，但我们自主研发的 stLFR 技术在组装草地贪夜蛾基因组方面表现出了极高的效率。不同昆虫的基因组复杂性差异巨大，但对于该物种，我们的测序策略交付了稳健的基因组组装结果，支撑了后续广泛的深入分析。

除了基因组组装，我们的合作伙伴还开展了蛋白质组学研究，进一步深化了我们对草地贪夜蛾生物学的理解。这项研究的成功很大程度上归功于云南农业大学杨东教授的努力，他的贡献对推动该项目至关重要。同时，我们也非常荣幸能与康乐院士及其团队合作。在我访问他位于河北大学的实验室期间，了解了他们对蝗虫广泛而系统的研究，那真的令我着迷。

研究全文可通过 Protein & Cell 在线访问。