國際學(xué)術(shù)期刊Nature Ecology & Evolution 在線(xiàn)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(lái)入侵種快速適應新生境的假說(shuō)。
隨著(zhù)改革開(kāi)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重的國家之一；外來(lái)入侵種嚴重威脅本地生態(tài)環(huán)境和生物多樣性，并造成巨大的經(jīng)濟損失。除缺少天敵等生態(tài)水平的假說(shuō)，外來(lái)入侵種快速適應新生境的分子機制尚不清楚。美國白蛾起源于北美地區，第二次世界大戰期間隨軍事物資運輸，先后傳播到東歐、日本等地；經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀的擴散，目前已蔓延到北半球大部分國家和地區，是世界性檢疫害蟲(chóng)。自1979年美國白蛾在我國遼寧省丹東市首次發(fā)現以來(lái)，目前已擴散到長(cháng)江流域，疫區涉及10余個(gè)?。ㄊ?、區），對我國林業(yè)、農業(yè)帶來(lái)嚴重的經(jīng)濟損失，被列入我國首批外來(lái)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)渤海地區多個(gè)發(fā)生地點(diǎn)的群體遺傳學(xué)特征。研究人員發(fā)現入侵我國的美國白蛾種群在基因組水平呈現典型的“瓶頸效應”，溯祖分析顯示種群收縮開(kāi)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)現美國白蛾入侵種群的基因編碼區，特別是非同義位點(diǎn)，相較于基因組其它區域呈現更高的雜合子比例，提示功能多樣性可能在白蛾入侵過(guò)程中發(fā)揮重要作用。值得注意的是，功能多樣性最為顯著(zhù)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)現美國白蛾味覺(jué)受體（主要是苦味受體）基因顯著(zhù)擴張，苦味受體基因的功能多態(tài)性高于其它化學(xué)感應受體和基因的總體水平。由此，研究人員推斷經(jīng)味覺(jué)受體和糖代謝通路變異調節的代謝可塑性可能在美國白蛾快速適應新生境的過(guò)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(chóng)）吐絲結網(wǎng)的分子機制。通過(guò)與鱗翅目經(jīng)典的吐絲結繭昆蟲(chóng)——家蠶比較，研究人員發(fā)現美國白蛾低齡幼蟲(chóng)的絲腺具有特殊的表達格局，并鑒定到保幼激素通路、轉錄因子等特異性調節美國白蛾絲腺發(fā)育的重要基因。
研究成果為外來(lái)入侵種的綜合防治提供了理論基礎。植生生態(tài)所博士研究生武寧寧、森環(huán)森保所副研究員張蘇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)歐文分校等國內外科研人員指導、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(zhuān)項項目等資助。
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