由單個(gè)昆蟲(chóng)構(gòu)建的斑點(diǎn)燈籠蠅的第一個(gè)基因組

農(nóng)業(yè)研究局(ARS)的科學(xué)家，與太平洋生物科學(xué)公司和賓夕法尼亞州立大學(xué)合作，已經(jīng)在雜志上發(fā)表的侵入斑Lanternfly(SLF)的第一個(gè)基因組Gigascience，他們做到了從單一卡住-的野生標(biāo)本。

ARS丹尼爾·K·伊努耶(ARS Daniel K Inouye)美國(guó)太平洋盆地農(nóng)業(yè)研究中心的昆蟲(chóng)學(xué)家斯科特·蓋布(Scott M. Geib)表示，這不僅是該害蟲(chóng)的第一個(gè)公開(kāi)基因組，而且沒(méi)有對(duì)其近親物種進(jìn)行基因組測(cè)序，從而使數(shù)據(jù)變得更加重要。

SLF是中國(guó)，孟加拉國(guó)和越南的原住民，于2014年在賓夕法尼亞州首次發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)已傳播到弗吉尼亞州，馬里蘭州和紐約州。這種侵入性害蟲(chóng)具有杏仁，蘋(píng)果，杏，葡萄，桃子，藍(lán)莓和啤酒花以及橡木，核桃木和楊樹(shù)等硬木的味道。如果SLF在美國(guó)廣泛建立，各種估計(jì)都將潛在的經(jīng)濟(jì)損失定在數(shù)十億美元。

“擁有這種有害生物的基因組，為更好地了解其生物學(xué)和行為打開(kāi)了一扇門(mén)，并提出了更可能發(fā)生的潛在控制方法，例如通過(guò)了解昆蟲(chóng)的嗅覺(jué)基因來(lái)誘捕誘餌，或者探索基因編輯或RNAi等途徑。”

盡管擁有SLF基因組對(duì)于這種入侵性有害生物的管理和控制至關(guān)重要，但是獲取遺傳數(shù)據(jù)所采用的方法也是一項(xiàng)令人矚目的成就。第一次，產(chǎn)生完整基因組序列所需的所有DNA均取自從賓夕法尼亞州雷丁市野生樹(shù)上采摘的一只昆蟲(chóng)，該昆蟲(chóng)位于Mt. Reading塔對(duì)面。佩恩。

解密該物種的基因組的障礙之一是其相對(duì)較大的基因組大小，約為22億個(gè)堿基對(duì)。通常，對(duì)于以前的測(cè)序系統(tǒng)，將需要許多測(cè)序運(yùn)行來(lái)完成整個(gè)工作，而每次運(yùn)行都消耗了被測(cè)序生物的可用DNA。

因此，通常要有足夠的DNA來(lái)完成完整的基因組序列，就需要將許多生物融合在一起，從而為產(chǎn)生錯(cuò)誤提供了更多機(jī)會(huì)。為了避免這種潛在的錯(cuò)誤，通常必須在集落中繁殖近交對(duì)象，尤其是昆蟲(chóng)。

“與太平洋生物科學(xué)公司合作，并使用其新的測(cè)序平臺(tái)PacBio Sequel II，該測(cè)序平臺(tái)可從單次測(cè)序運(yùn)行中獲得10倍的數(shù)據(jù)，因此我們能夠從單個(gè)樣本中產(chǎn)生足夠的覆蓋范圍。這使得轉(zhuǎn)彎非常快-圍繞數(shù)據(jù)和裝配，并降低了成本，在這種情況下，耗材不到2,000美元，當(dāng)然還不包括測(cè)序儀器的購(gòu)買(mǎi)價(jià)。” Geib解釋說(shuō)。

為了基因組的完整性，由于沒(méi)有太多相關(guān)的基因組可以與SLF進(jìn)行比較，因此研究小組檢查了一組“核心基因”，這些基因應(yīng)在所有昆蟲(chóng)中準(zhǔn)確存在一次，并驗(yàn)證了其中發(fā)現(xiàn)了多少個(gè)“核心基因”。這個(gè)基因組計(jì)劃。在這種情況下，他們發(fā)現(xiàn)了約97%的這些單拷貝核心基因，其重復(fù)率非常低。

蓋布說(shuō)：“對(duì)如此龐大的昆蟲(chóng)基因組進(jìn)行快速測(cè)序，并表明沒(méi)有必要將昆蟲(chóng)拉進(jìn)一個(gè)殖民地，這提高了我們完成Ag100Pest項(xiàng)目的可行性。” ARS Ag100Pest計(jì)劃的重點(diǎn)是破譯100種昆蟲(chóng)的基因組，這些昆蟲(chóng)對(duì)農(nóng)作物和牲畜的破壞力最大，而且預(yù)計(jì)將對(duì)農(nóng)業(yè)和環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)的生物經(jīng)濟(jì)影響。他補(bǔ)充說(shuō)：“現(xiàn)在，有了這個(gè)系統(tǒng)，做100個(gè)甚至1000個(gè)基因組就已經(jīng)不現(xiàn)實(shí)了。”

從少量DNA中獲得完整基因組的能力也使得考慮對(duì)物理上微小的昆蟲(chóng)的基因組進(jìn)行測(cè)序而無(wú)需捕獲或飼養(yǎng)大量任何一種物種成為現(xiàn)實(shí)。這擴(kuò)大了可以進(jìn)行基因測(cè)序的昆蟲(chóng)的種類(lèi)。