近日，中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所聯(lián)合中國科學院上海植物生理生態(tài)研究所在茶樹重大害蟲——灰茶尺蠖染色體基因組組裝及基因編輯研究上取得重要突破，相關研究成果以“灰茶尺蠖染色體級別參考基因組及基因編輯”（“Chromosome‐level genome reference and genome editing of the teageometrid”）為題在線發(fā)表在知名期刊《Molecular Ecology Resources》上。該研究結果為灰茶尺蠖基因組學及種群與寄主的生態(tài)適應性研究提供了關鍵的基因組資源。
灰茶尺蠖是在我國茶園分布最廣、危害最大的一種食葉類害蟲。研究采用三代納米孔測序技術結合二代轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，獲得灰茶尺蠖接近完整的基因組787.4 Mb、31條染色體和18 746個編碼基因。
注：（a）-灰茶尺蠖生活史，（b）-灰茶尺蠖幼蟲，（c）-灰茶尺蠖成蟲，（d）-灰茶尺蠖田間為害狀。
圖1 灰茶尺蠖生活史及生態(tài)照
注：（a）-灰茶尺蠖基因組在31條染色體上的分布特征，（b）-灰茶尺蠖與家蠶染色體水平基因組比較。
圖2 灰茶尺蠖染色體水平基因組組裝示意圖
研究詳細注釋了63個氣味受體基因、184個味覺受體基因、31個離子通道受體、48個氣味結合蛋白基因、22個化學感受蛋白基因等與化學感受相關的基因，同時獲得了132個P450多功能氧化酶基因、118個ATP-結合轉(zhuǎn)運基因、102個羧酸酯酶基因、59個UDP-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶、34個谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶基因等重要的與解毒相關的基因。通過與其他鱗翅目昆蟲解毒和化感相關基因家族比較，發(fā)現(xiàn)灰茶尺蠖P450基因中的CYP6家族出現(xiàn)了特異的基因擴張，并且味覺受體基因中也出現(xiàn)大量基因家族的擴張，說明灰茶尺蠖這種以主要寄主命名的昆蟲具有多食性的潛質(zhì)。
圖3 灰茶尺蠖中與寄主適應性相關基因家族鑒定與系統(tǒng)發(fā)育分析
在此基礎上，研究團隊還用CRISPR/Cas9基因組編輯技術首次成功建立了灰茶尺蠖的基因編輯體系，敲除一個調(diào)控體節(jié)發(fā)育的Abd-A基因后可以獲得體節(jié)變異突變體，為后續(xù)開展灰茶尺蠖基因功能研究提供了技術支持。
注：（a）-Abd-A基因結構個突變靶點，（b）-突變體基因型隨機選擇，（c）-敲除Abd-A基因后獲得體節(jié)變異突變體。
圖4 使用基因編輯技術對灰茶尺蠖Abd-A基因突變
灰茶尺蠖一直以來被當作“茶尺蠖”為人認知。近年來，使用茶尺蠖核型多角體病毒對“茶尺蠖”進行防治發(fā)現(xiàn)，不同地理種群防治效果存在差異。采用形態(tài)學與分子生物學相結合的方法研究明確了我國茶園中的“茶尺蠖”實際存在兩個種：灰茶尺蠖Ectropis grisescens和茶尺蠖Ectropis obliqua。二者外形極為相近，其CO1基因遺傳距離的差異在3.2%～4.0%，遺傳學上具有較為親近的親緣關系，是一對近緣種昆蟲。相比茶尺蠖，灰茶尺蠖分布區(qū)域更為廣泛，對茶尺蠖病毒抗性更高，因此對茶葉的為害更為嚴重。進一步研究表明，兩近緣種的生物學特征、性信息素成份、共生菌組成存在明顯差異。且二者間可以交配產(chǎn)卵，但存在生殖隔離和生殖競爭。該研究對灰茶尺蠖基因組的破譯和基因編輯技術上取得的突破也為深入開展茶尺蠖兩近緣種相關研究奠定了基礎。
論文共同第一作者為中國科學院上海植物生理生態(tài)研究所的潘云潔博士、房剛奇博士和中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所博士后王志博副研究員，共同通訊作者為中國農(nóng)業(yè)科學院茶葉研究所肖強研究員和中國科學院上海植物生理生態(tài)研究所的詹帥研究員。
該研究在中國科學院前沿科學重點研究項目(XDB27040205)、(QYZDB-SSW-SMC029)和國家自然科學基金優(yōu)秀青年科學基金(31672370)的資助下完成。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1755-0998.13385
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