寄生蜂為什么有的這么小？浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院與浙江大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊(duì)揭示其中的進(jìn)化奧秘
浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院與浙江大學(xué)等團(tuán)隊(duì)通過(guò)合作研究，首次報(bào)道了重大外來(lái)生物草地貪夜蛾（Spodoptera frugiperda）卵期寄生蜂夜蛾黑卵蜂（Telenomus remus）的染色體水平基因組，同時(shí)結(jié)合赤眼蜂(Trichogramma pretiosum)的基因組數(shù)據(jù)從比較基因組學(xué)的角度發(fā)現(xiàn)了寄生蜂體型縮小的趨同進(jìn)化機(jī)制，為提高重要作物鱗翅目害蟲的生物防治水平提供了重要的基因信息資源和新的途徑。相關(guān)成果于2021年9月13日在線發(fā)表在國(guó)際進(jìn)化生物學(xué)權(quán)威期刊《Molecular Biology and Evolution》上。
? ? ?? 寄生蜂與寄主的關(guān)系是長(zhǎng)期協(xié)同進(jìn)化的結(jié)果。一些寄生蜂的體型很小，比如在害蟲生物防治實(shí)踐中得以廣泛應(yīng)用的卵寄生蜂赤眼蜂、黑卵蜂等，它們的體長(zhǎng)多在0.5毫米之內(nèi)，顯著小于絕大多數(shù)寄生蜂物種。體型縮小可能是寄生蜂物種多樣性進(jìn)化的關(guān)鍵，更小的體型可以顯著減少能量消耗并方便寄生蜂進(jìn)入各種復(fù)雜空間尋找新的寄主，從而提高生物防治害蟲的效果，但其背后的基因組進(jìn)化機(jī)制并不明確。
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左：夜蛾黑卵蜂?? ? ? 右：稻螟赤眼蜂
該研究首先通過(guò)測(cè)序獲得了夜蛾黑卵蜂的染色體水平基因組，共包括10條染色體，基因組大小為129 Mb，scaffold N50為11.9 Mb。通過(guò)比較基因組分析發(fā)現(xiàn)，夜蛾黑卵蜂與短管赤眼蜂的基因組進(jìn)化速率明顯快于其他中等體型的蜂類，共有573個(gè)基因在這兩種寄生蜂中均進(jìn)化較快。進(jìn)一步篩選鎖定了38個(gè)在這兩種寄生蜂中特異快速進(jìn)化的基因，其中部分基因涉及一些已知與體型發(fā)育相關(guān)的通路，包括Hippo信號(hào)通路、Ras信號(hào)通路和Hedgehog信號(hào)通路等。同時(shí)，也有部分基因與組織發(fā)育、細(xì)胞生長(zhǎng)、神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育相關(guān)。此外，還發(fā)現(xiàn)有基因與翅脈形成有關(guān)，這極可能與個(gè)體小的寄生蜂翅脈極度退化相關(guān)。結(jié)合系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)分析可見(jiàn)，夜蛾黑卵蜂與短管赤眼蜂在進(jìn)化距離上相距較遠(yuǎn)，而且各自的近緣物種均為中等體型寄生蜂。由此，這兩種寄生蜂的快速進(jìn)化屬于獨(dú)立事件，說(shuō)明寄生蜂體型縮小是趨同進(jìn)化的結(jié)果。
寄生蜂體型縮小的趨同進(jìn)化
這些結(jié)果對(duì)于進(jìn)一步開(kāi)展赤眼蜂和黑卵蜂等鱗翅目害蟲卵期天敵的篩選、基因編輯或遺傳改良、生長(zhǎng)發(fā)育調(diào)節(jié)和商品化等相關(guān)研究以及提高寄生蜂對(duì)害蟲田間的防治效果等具有重要作用，同時(shí)為深入理解寄生蜂多樣性進(jìn)化提供理論依據(jù)。
? ? ?? 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院呂仲賢研究員、浙江大學(xué)昆蟲科學(xué)研究所葉恭銀教授和李飛教授為本論文的共同通訊作者，浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院徐紅星研究員和浙江大學(xué)昆蟲所葉昕海博士（現(xiàn)為浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院博士后）為共同第一作者。浙江大學(xué)方琦副教授、賀康副研究員、熊時(shí)姣博士、徐樂(lè)博士，羅切斯特大學(xué)孫禹博士，浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院楊亞軍博士參與了此項(xiàng)研究。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家水稻產(chǎn)業(yè)體系崗位科學(xué)家項(xiàng)目和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全危害因子與風(fēng)險(xiǎn)防控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目等資助。
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?? ? ? 論文鏈接 https://academic.oup.com/mbe/advance-article-abstract/doi/10.1093/molbev/msab273/6369521
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