近日,北京市農林科學院植物保護研究所魏書軍研究員團隊破譯了重大果樹害蟲梨小食心蟲染色體水平的基因組,揭示了該蟲適應更新世氣候變化的基因組演化特征,研究結果發表于Nature子刊Communications Biology。
梨小食心蟲Grapholita molesta (Busck)是梨、桃等落葉果樹上的重大害蟲,幼蟲鉆蛀果實和新梢,造成嚴重為害,制約著水果產業的發展。魏書軍研究員團隊前期研究發現該蟲起源于我國西南地區,在更新世早期開始向外擴散,在我國經歷了第四紀復雜的氣候變化并形成了多個冰期避難所種群(Molecular Ecology,2015;BMC Evolutionary Biology,2018;Molecular Ecology,2021)。目前,該蟲已擴散至全球主要水果產區,成為世界性果樹害蟲。
該項研究測定了梨小食心蟲高質量基因組,組裝得到28條染色體,基因組大小為522 G,BUSCO完整度達到97.1%。通過研究發現該蟲發生了3次染色體融合事件,一次為鱗翅目祖先Z性染色體與一條常染色融合,形成了neo-Z染色體,另外兩次為兩組常染色體的融合。在此基礎上,研究了冰期避難所種群和冰期后定殖的種群的基因組特征,解析了梨小食心蟲對第四紀氣候變化的適應性進化,發現該蟲在冰期避難所種群中保持了較高的基因組多樣性,在倒數第二次盛冰期期間,避難所種群的有效種群大小明顯下降,但在末次盛冰期期間保持穩定,表明倒數第二次盛冰期相較于末次冰盛期對該害蟲產生了更大的影響。基因組掃描分析發現,neo-Z染色體上的染色體倒位和1個晝夜節律基因Clk突變可能與避難所種群的形成有關,而能量代謝通路和翅發育通路基因在冰期后定殖種群中受到正選擇,揭示了第四紀氣候對現存物種適應性進化的多樣化影響機制。研究結果有助于理解我國復雜生態地理環境下農業害蟲的演化特征與災變機制,揭示害蟲對當前和未來氣候變化的適應性,為預測預報和防治技術研究提供新思路。
植物保護研究所曹利軍副研究員為論文第一作者,研究生宋威、范旭蕾、助理研究員陳金翠和澳大利亞墨爾本大學Ary Hoffmann教授為論文共同作者,魏書軍研究員為論文通訊作者。相關研究得到了國家自然科學基金項目(32070464)等項目的資助。
梨小食心蟲氣候適應相關位點的全基因組掃描