圖1 草地夜蛾在世界范圍內(nèi)的分布情況

研究者們組裝獲得了2只草地貪夜蛾的基因組數(shù)據(jù)，公蛾的基因組大小為542.42Mb，Scaffold N50達到14.16Mb；母蛾的基因組大小是530.77Mb，Scaffold N50達到14.89Mb。研究者們預(yù)測公蛾有22,201個基因，而且他們發(fā)現(xiàn)與強化解毒和農(nóng)藥耐受性相關(guān)的基因家族 cytochrome P450和 glutathione s-transferase 在公蛾中均呈現(xiàn)擴張趨勢。他們也發(fā)現(xiàn)在中國境內(nèi)的草地貪夜蛾（2只來自云南，2只來自于廣東）中有3只屬于玉米寄生種（C Strain）, 1只屬于水稻寄生種（R Strain）。這預(yù)示著入侵中國的草地夜蛾可能來自于非洲，從歷史因素看，這可能和中國與非洲的廣泛經(jīng)貿(mào)往來有很大聯(lián)系。

草地貪夜蛾有很多宿主，包括42個屬的186種植物，但是它更傾向于寄生在禾本科植物上，例如玉米、水稻等農(nóng)作物。玉米和水稻對人類而言是非常重要的農(nóng)作物，如果不對草地貪夜蛾進行控制，它將造成玉米40%-72%的減產(chǎn)，在某些地區(qū)甚至?xí)斐筛哌_100%的減產(chǎn)。僅在巴西，草地貪夜蛾一年就能造成6億美元的經(jīng)濟損失。這充分說明草地貪夜蛾作為世界范圍內(nèi)的重大農(nóng)作物害蟲，急需有效的防治手段。

草地貪夜蛾至少有2個亞種，包括玉米寄生種（C Strain）和水稻寄生種（R Strain），C Strain 又分為兩種類型，F(xiàn)L-type和TX-type。在美洲的主要是TX-Type，而FL-Type只生活在美國的佛羅里達州和加勒比海地區(qū)。每一個亞種均有不同的生理性狀，會對某一些特定的生物或化學(xué)藥劑敏感。例如，C Strain 比 R Strain 更能抵抗甲基對硫磷、氯氰菊酯、氯氰菊酯和?-內(nèi)毒素以及轉(zhuǎn)基因的蘇云金芽孢桿菌毒素。因此，為了更好地防治草地貪夜蛾，首先要分析入侵中國的是哪些亞種，目前常規(guī)的方法是使用COI 和Tpi這兩個基因來判斷亞種屬性。

獲取更精確的草地夜蛾的基因信息將更有利于該物種的防治，尋找更多的新基因也將有利于蘇云金芽孢桿菌轉(zhuǎn)基因菌株的有效篩選以獲得更有效的殺蟲劑。目前已有一些草地貪夜蛾的基因組組裝結(jié)果，但已有的組裝結(jié)果都是碎片化的，這些數(shù)據(jù)不足以給防治工作提供精確的指導(dǎo)。

華大的研究者們提取了2只（1公1母，圖2，表1）中國云南省的草地夜蛾的高質(zhì)量的DNA，使用華大智造的MGIEasy stLFR Library Prep Kit (lot number: 1000005622) 構(gòu)建文庫，用高通量測序平臺 MGISEQ-2000 分別獲得了110.93Gb和91.44Gb的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。公蛾的組裝結(jié)果顯示，其基因組大小為542Mb，Contig N50 91.97Kb，Scaffold N50 507.12Kb。母蛾的組裝結(jié)果顯示，其基因組大小為530Mb，Contig N50 83Kb，Scaffold N50 528Kb。 接著使用了1個樣本進行了 Hi-C 測序（表2），將該物種的基因組組裝到了染色體級別 ，最終獲得了31個染色體的完整組裝結(jié)果，公蛾和母蛾的組裝的 Scaffold N50分別達到了14.16 Mb和14.89 Mb。

這是首次使用單一個體的DNA進行草地夜蛾的基因組的組裝。也是首次獲得該物種的染色體級別的基因組，能獲得如此高精度的草地夜蛾基因組要歸功于stLFR這一新技術(shù)和超高的測序深度及高質(zhì)量的測序數(shù)據(jù)。

圖2 兩個用作基因組組裝的個體，左側(cè)是母蛾，右側(cè)是公蛾

表1 用于研究的樣本信息

表2 兩只草地夜蛾的組裝結(jié)果

通過對2只廣東采集的草地貪夜蛾的5齡幼蟲和6齡幼蟲的 RNA-SEQ 檢測和 WGS檢測，研究者們預(yù)測草地貪夜蛾有22,201個基因，通過與相關(guān)數(shù)據(jù)庫進行比對，最終確定的基因中有94.2%與 BUSCO genes 數(shù)據(jù)庫一致，95.16%與 CEGMA genes數(shù)據(jù)庫一致。在這些確認的基因中，有93.48%的基因有功能。再通過轉(zhuǎn)錄本的組裝分析，研究者們獲得了51,495 個獨立基因（Unigene），通過比較5齡幼蟲和6齡幼蟲，發(fā)現(xiàn)了這兩種幼蟲中有2,648個不同的基因表達。通過進一步的分析，發(fā)現(xiàn)這兩只幼蟲分別屬于不同的亞種。接著通過使用9個物種，包括2,001個單基因拷貝繪制進化樹，研究者們發(fā)現(xiàn)草地貪夜蛾（S. frugiperda）與 S. litura 比較接近（圖3，表3）。glutathiones-transferase 基因家族的擴張被證明會導(dǎo)致S. litura更具有耐藥性。草地貪夜蛾的glutathiones-transferase 基因家族在結(jié)果中顯示是有擴張趨勢，因此草地貪夜蛾具有耐藥性。

圖3  9個物種進化樹

表3  9個物種已經(jīng)確認的基因信息

在云南采集的兩只草地貪夜蛾均為C Strain，而在廣東采集的2只中1只為 C strain，一只為 R Strain（圖4，根據(jù)基因型進行判斷，特別是E4）。而西半球的草地貪夜蛾都是 C Strain 的，這預(yù)示著在廣東的草地貪夜蛾可能來自于非洲。因為廣東地區(qū)廣泛存在與非洲國家的商貿(mào)往來。當(dāng)然，要搞清楚入侵中國的草地貪夜蛾來自于哪個地方需要進行更大量的樣本采集和基因檢測。

圖4 C和R Strain 的鑒定

借助目前先進的長片段建庫技術(shù)和準(zhǔn)確、高效的基因測序平臺，為草地貪夜蛾的基因組及遺傳信息研究，獲取高精度的草地貪夜蛾基因組提供了堅實的技術(shù)支撐和平臺保障，也為防治草地貪夜蛾這一危害極大的外來物種起到至關(guān)重要的作用[2]。

參考文獻：

[1] Wang O, Chin R, Cheng X, et al. Efficient and unique co-barcoding of second-generation sequencing reads from long DNA molecules enabling cost effective and accurate sequencing, haplotyping, and de novo assembly[J]. Genome research, 2019: gr. 245126.118.

[2] Huan Liu, Tianming Lan, Dongming Fang, et al. Chromosome level draft genomes ofthe fall armyworm, Spodoptera frugiperda (Lepidoptera: Noctuidae), an alieninvasive pest in China doi: https://doi.org/10.1101/671560