從蟲(chóng)卵到成蟲(chóng)，20天左右就完成一個(gè)世代。遷飛速度快、繁殖力強(qiáng)、食量特別大是入侵物種草地貪夜蛾的“標(biāo)簽”。這種“幺蛾子”取食玉米、水稻、高粱等186種植物，危害甚深。從今年1月在西南邊陲普洱江城發(fā)現(xiàn)，半年過(guò)去，其子子孫孫已飛抵東北三省，橫掃中國(guó)版圖對(duì)角線(xiàn)。
5月中旬，一場(chǎng)與飛行速度爭(zhēng)搶時(shí)間的科學(xué)研究也在接力進(jìn)行。僅用25天，從害蟲(chóng)采樣到論文發(fā)表，我國(guó)首次在全球完成對(duì)這種外來(lái)入侵者染色體級(jí)別的基因測(cè)序與組裝。
“草地貪夜蛾基因組的解讀和深層次回答，對(duì)進(jìn)一步研究其亞型、耐藥性和長(zhǎng)期防控具有重要意義。”中國(guó)科學(xué)院院士、華大基因?qū)W院院長(zhǎng)楊煥明18日在昆明表示，入侵生物的耐毒性與遺傳機(jī)制、確定入侵中國(guó)的樣本類(lèi)型、遷飛路線(xiàn)、基因防御技術(shù)、雜食性遺傳機(jī)制等研究與應(yīng)用，都離不開(kāi)高質(zhì)量參考基因組。
華大生命科學(xué)研究院數(shù)字化地球研究所副所長(zhǎng)劉歡介紹，從5月21日13：00接到任務(wù)指令到聯(lián)系好采樣，他們僅用時(shí)30分鐘;兩個(gè)小時(shí)后，確定了項(xiàng)目實(shí)施方案和樣本來(lái)源。次日，他們?cè)趶V州采到了樣本，同時(shí)來(lái)自云南的樣本送達(dá)深圳，當(dāng)天就著手DNA提取等工作;第5天，就實(shí)現(xiàn)stLFR測(cè)序數(shù)據(jù)下機(jī)、5K大片段和WGS上機(jī)測(cè)序以及轉(zhuǎn)錄組上機(jī);第10天，完成了物種鑒定和第一版雌雄兩個(gè)基因組組裝;第15天，轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)下機(jī)，完成組裝補(bǔ)洞和開(kāi)始基因組注釋;第25天——6月15日，發(fā)布兩個(gè)染色體水平的基因組，確定侵入我國(guó)草地貪夜蛾亞型和可能來(lái)源，文章正式在BioRxiv發(fā)表。
“人類(lèi)基因組測(cè)序六個(gè)國(guó)家參與、花了十年時(shí)間;其他物種的組裝研究分析通常達(dá)到1年，算是快的。草地貪夜蛾的入侵，吹響了科研服務(wù)國(guó)家的號(hào)角，也讓我們創(chuàng)造了前所未有的速度。”劉歡說(shuō)。
在楊煥明院士領(lǐng)導(dǎo)下，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)、華大基因、中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院等通力協(xié)作，動(dòng)用了所有資源，與國(guó)內(nèi)各省區(qū)以及美國(guó)樣本互動(dòng)，產(chǎn)出了1.5Tb的基因組測(cè)序原始數(shù)據(jù)，目前完成了1雌1雄2個(gè)染色體水平的基因組組裝，兩個(gè)基因組組裝大小分別達(dá)到了542.42M和530.77M。
“無(wú)論是基因組完整性還是基因集的完整性都超過(guò)了目前已有版本。”劉歡說(shuō)，研究中通過(guò)基因注釋共發(fā)現(xiàn)了12516個(gè)基因家族。通過(guò)與8個(gè)近緣鱗翅目物種進(jìn)行比較基因組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了多個(gè)擴(kuò)張基因家族，其中有兩個(gè)嚴(yán)重?cái)U(kuò)張，這意味著其在某些方面功能非常強(qiáng)，這或?qū)椴莸刎澮苟甑母叨入s食性、抗藥性研究打下基礎(chǔ)。研究人員通過(guò)對(duì)草地貪夜蛾亞型分析表明中國(guó)種群有玉米型(C型)和雜合水稻型(R型)兩種類(lèi)型，確定有非洲入侵，不排除其他地區(qū)入侵。值得一提的是，項(xiàng)目組所使用的stLFR和Hi-C技術(shù)均為自主研發(fā)技術(shù)，達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。
“這是一個(gè)涉及生態(tài)、民生、糧食安全乃至倫理等的科學(xué)課題，體現(xiàn)了參與科研機(jī)構(gòu)和人員的擔(dān)當(dāng)，以及科學(xué)與合作的精神。后續(xù)工作要盡快做、盡量做!”楊煥明院士說(shuō)。
與此同時(shí)，云南農(nóng)業(yè)大學(xué)桂富榮教授等開(kāi)展了草地貪夜蛾的災(zāi)變機(jī)理及控制研究，陳斌教授等則圍繞生物多樣性控制生物災(zāi)害展開(kāi)研究，均取得初步進(jìn)展。目前，基因組數(shù)據(jù)已上傳國(guó)家基因庫(kù)的中國(guó)核酸序列歸檔系統(tǒng)(CNSA)數(shù)據(jù)平臺(tái)，供全世界研究者公開(kāi)下載使用。未來(lái)，項(xiàng)目組還將進(jìn)一步開(kāi)展耐毒性、轉(zhuǎn)錄組等方面的研究。
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