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25天!我国率先完成草地贪夜蛾染色体基因组测序和组装

发布时间:2019-06-19 10:05:02
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  科技日报记者 赵汉斌

  从虫卵到成虫,20 天左右就完成一个世代。迁飞速度快、繁殖力强、食量特别大是入侵物种草地贪夜蛾的“标签”。这种“幺蛾子”取食玉米、水稻、高粱等 186 种植物,危害甚深。从今年 1 月在西南边陲普洱江城发现,半年过去,其子子孙孙已飞抵东北三省,横扫中国版图对角线。

  5 月中旬,一场与飞行速度争抢时间的科学研究也在接力进行。仅用 25 天,从害虫采样到论文发表,我国首次在全球完成对这种外来入侵者染色体级别的基因测序与组装。

  “草地贪夜蛾基因组的解读和深层次回答,对进一步研究其亚型、耐药性和长期防控具有重要意义。”中国科学院院士、华大基因学院院长杨焕明 18 日在昆明表示,入侵生物的耐毒性与遗传机制、确定入侵中国的样本类型、迁飞路线、基因防御技术、杂食性遗传机制等研究与应用,都离不开高质量参考基因组。

  华大生命科学研究院数字化地球研究所副所长刘欢介绍,从 5 月 21 日 13:00 接到任务指令到联系好采样,他们仅用时 30 分钟;两个小时后,确定了项目实施方案和样本来源。次日,他们在广州采到了样本,同时来自云南的样本送达深圳,当天就着手 DNA 提取等工作;第 5 天,就实现 stLFR 测序数据下机、5K 大片段和 WGS 上机测序以及转录组上机;第 10 天,完成了物种鉴定和第一版雌雄两个基因组组装;第 15 天,转录组数据下机,完成组装补洞和开始基因组注释;第 25 天——6 月 15 日,发布两个染色体水平的基因组,确定侵入我国草地贪夜蛾亚型和可能来源,文章正式在 BioRxiv 发表。

  “人类基因组测序六个国家参与、花了十年时间;其他物种的组装研究分析通常达到 1 年,算是快的。草地贪夜蛾的入侵,吹响了科研服务国家的号角,也让我们创造了前所未有的速度。”刘欢说。

  在杨焕明院士领导下,云南农业大学、华大基因、中国科学院动物研究所、中国农业科学院等通力协作,动用了所有资源,与国内各省区以及美国样本互动,产出了 1.5Tb 的基因组测序原始数据,目前完成了 1 雌 1 雄 2 个染色体水平的基因组组装,两个基因组组装大小分别达到了 542.42M 和 530.77M。

  “无论是基因组完整性还是基因集的完整性都超过了目前已有版本。”刘欢说,研究中通过基因注释共发现了 12516 个基因家族。通过与 8 个近缘鳞翅目物种进行比较基因组学分析,发现了多个扩张基因家族,其中有两个严重扩张,这意味着其在某些方面功能非常强,这或将为草地贪夜蛾的高度杂食性、抗药性研究打下基础。研究人员通过对草地贪夜蛾亚型分析表明中国种群有玉米型(C型)和杂合水稻型(R型)两种类型,确定有非洲入侵,不排除其他地区入侵。值得一提的是,项目组所使用的 stLFR 和 Hi-C 技术均为自主研发技术,达到了国际领先水平。

  截至 6 月 18 日,云南省 16 个州市 125 个县 129 万亩玉米、甘蔗等作物受到草地贪夜蛾不同程度侵害。(资料图)

  “这是一个涉及生态、民生、粮食安全乃至伦理等的科学课题,体现了参与科研机构和人员的担当,以及科学与合作的精神。后续工作要尽快做、尽量做!”杨焕明院士说。

  与此同时,云南农业大学桂富荣教授等开展了草地贪夜蛾的灾变机理及控制研究,陈斌教授等则围绕生物多样性控制生物灾害展开研究,均取得初步进展。目前,基因组数据已上传国家基因库的中国核酸序列归档系统(CNSA)数据平台,供全世界研究者公开下载使用。未来,项目组还将进一步开展耐毒性、转录组等方面的研究。

  来源:科技日报  文中图片除注明外均由作者提供
  编辑:左常睿
  审核:王小龙

 

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