國際學(xué)術(shù)期刊Nature Ecology & Evolution 在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所詹帥研究組、黃勇平研究組與中國林業(yè)科學(xué)院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所等單位合作完成的題為Fall webworm genomes yield insights into rapid adaptation of invasive species 的研究論文。該研究揭示了美國白蛾入侵種群的群體遺傳學(xué)特征，并提出了代謝可塑性促進(jìn)外來入侵種快速適應(yīng)新生境的假說。
隨著改革開放的深入和對外交流的擴大，我國已經(jīng)成為遭受入侵生物危害最嚴(yán)重的國家之一；外來入侵種嚴(yán)重威脅本地生態(tài)環(huán)境和生物多樣性，并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。除缺少天敵等生態(tài)水平的假說，外來入侵種快速適應(yīng)新生境的分子機制尚不清楚。美國白蛾起源于北美地區(qū)，第二次世界大戰(zhàn)期間隨軍事物資運輸，先后傳播到東歐、日本等地；經(jīng)過半個多世紀(jì)的擴散，目前已蔓延到北半球大部分國家和地區(qū)，是世界性檢疫害蟲。自1979年美國白蛾在我國遼寧省丹東市首次發(fā)現(xiàn)以來，目前已擴散到長江流域，疫區(qū)涉及10余個?。ㄊ?、區(qū)），對我國林業(yè)、農(nóng)業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，被列入我國首批外來入侵物種名單。
研究人員借助高通量測序、CRISPR/Cas9等技術(shù)手段，構(gòu)建了高質(zhì)量的美國白蛾基因組和高效的基因編輯平臺，并分析了美國白蛾在我國環(huán)渤海地區(qū)多個發(fā)生地點的群體遺傳學(xué)特征。研究人員發(fā)現(xiàn)入侵我國的美國白蛾種群在基因組水平呈現(xiàn)典型的“瓶頸效應(yīng)”，溯祖分析顯示種群收縮開始于美國白蛾傳入中國之前，提示我國的美國白蛾種群起源于其它國家的入侵種群而非由原發(fā)地直接輸入。研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)美國白蛾入侵種群的基因編碼區(qū)，特別是非同義位點，相較于基因組其它區(qū)域呈現(xiàn)更高的雜合子比例，提示功能多樣性可能在白蛾入侵過程中發(fā)揮重要作用。值得注意的是，功能多樣性最為顯著的基因富集到的通路幾乎全部與糖代謝相關(guān)。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)美國白蛾味覺受體（主要是苦味受體）基因顯著擴張，苦味受體基因的功能多態(tài)性高于其它化學(xué)感應(yīng)受體和基因的總體水平。由此，研究人員推斷經(jīng)味覺受體和糖代謝通路變異調(diào)節(jié)的代謝可塑性可能在美國白蛾快速適應(yīng)新生境的過程中發(fā)揮重要作用。另一方面，研究人員還關(guān)注美國白蛾（又名秋幕毛蟲）吐絲結(jié)網(wǎng)的分子機制。通過與鱗翅目經(jīng)典的吐絲結(jié)繭昆蟲——家蠶比較，研究人員發(fā)現(xiàn)美國白蛾低齡幼蟲的絲腺具有特殊的表達(dá)格局，并鑒定到保幼激素通路、轉(zhuǎn)錄因子等特異性調(diào)節(jié)美國白蛾絲腺發(fā)育的重要基因。
研究成果為外來入侵種的綜合防治提供了理論基礎(chǔ)。植生生態(tài)所博士研究生武寧寧、森環(huán)森保所副研究員張?zhí)K芳等為該論文的共同第一作者，植生生態(tài)所研究員詹帥、黃勇平以及森環(huán)森保所研究員張真為共同通訊作者；美國肯塔基大學(xué)、加州大學(xué)歐文分校等國內(nèi)外科研人員指導(dǎo)、協(xié)助部分研究工作。該研究得到國家自然科學(xué)基金、科技部、中科院、中國林業(yè)科學(xué)研究院、林業(yè)公益性行業(yè)科研專項項目等資助。
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