Nature Communications：科学家破译飞蝗全基因组图谱

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Nature Communications：科学家破译飞蝗全基因组图谱

英国《自然—通讯》期刊将于15日在线发表由中科院动物研究所领衔、深圳华大基因研究院和中科院北京生命科学研究院等单位参与的一项研究成果。该研究成功破译了迄今为止最大的动物基因组——飞蝗的全基因组序列图谱。同时，国际知名数据库NCBIGENBANK也向全球公开飞蝗基因组数据。
“飞蝗作为昆虫学的经典研究模式，已有200多年的历史，然而其遗传背景十分复杂，染色体很多，基因组过大，逐渐在现代生物学研究中淡出，在上世纪50年代之后，其模式地位逐渐被果蝇代替。”中科院院士、中科院动物研究所所长康乐在接受《中国科学报》记者采访时说。随着飞蝗基因组的破解，这种有着长期研究历史的昆虫将可能重返科研舞台中心，成为现代生物学和生物医学研究的重要研究模式系统。
在多年研究基础上，康乐带领中科院动物所生态基因组学研究组对飞蝗基因组进行了测序、组装、注释，揭示了飞蝗的食性、迁飞、群聚等奥秘。为揭示蝗灾暴发机制以及开发可持续性治理策略和新的控制方法提供了基因组资源，也为推动飞蝗成为研究人类疾病和行为的生物医学模型奠定了重要基础。
动物体形大小与基因组大小并不成比例，这是当今生物学界的一个谜。据课题组副研究员王宪辉介绍，飞蝗基因组是现在人类解析出的最大的动物基因组，达到6.5GB，是人类基因组的两倍多，约是果蝇基因组的30倍。
飞蝗基因组的“庞大”主要是重复序列在基因组中过多积累造成的。飞蝗基因组约60%的区域由重复序列组成，有2639个重复序列的家族，数量最多的两类重复序列是DNA转座子和line转座子,它们在基因组中分别占到24%和17%。
研究人员表示，飞蝗基因组中重复序列家族仅占整个基因组60%左右的区域，这说明飞蝗基因组具有高复杂性特征。为了获得可靠的生物学基因，研究人员在克服杂合度、工具改进、数据组装、基因注释等方面做了大量探索工作。
　　此次研究的第二个亮点是发现了群居型和散居型飞蝗之间的转变奥秘，首次揭示出两型转变的深层次原因。该课题组杨鹏程博士表示，研究发现调控神经可塑性的基因在表达量、DNA甲基化以及可变剪切方面都有明显变化。这些基因可能在控制飞蝗形成大的群体过程中发挥重要功能。
同时，飞蝗具有很强的迁飞能力，研究组发现，飞蝗基因组中参与脂肪酸合成、转运和代谢过程的许多基因家族发生明显扩增现象。因为脂肪酸是大多数长距离迁飞昆虫的能量物质，从而解释了飞蝗拥有卓越飞行能力的遗传基础。
此外，研究人员还发现飞蝗身体中的代谢解毒酶类（糖苷键转移酶）的基因数目在所有已测序昆虫中最为丰富。这类酶能够降解禾本科植物中存在的特定次生代谢物，为解释飞蝗以禾本科植物为食的原因提供了重要线索。
“发现飞蝗的致死基因和两型转变的奥秘也可以启发人们发展新型农药。”康乐介绍说。课题组已预测了51个潜在的药物靶点基因，可用于后续的药物筛选工作，实验室未来还会培育一些转基因蝗虫用于科学实验。
“蝗虫本身也是维持生态系统稳定性的重要成员，没有必要将其赶尽杀绝。只要它们不严重危害以生产为目的的农作物，应该允许一定数量的蝗虫存在于自然环境中。”康乐说。