草地贪夜蛾基因组注释及分析

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda近年来在我国迅速扩散,造成了重大的经济损失,引起社会关注。草地贪夜蛾基因组序列对深入研究其迁飞、入侵和抗药性等特性具有十分重要的作用。目前,已有5个版本的基因组序列被公开报道,但3个版本无基因组注释信息。除以Sf 9细胞系为DNA来源的基因组版本外,其他版本的scaffold N50过小,拼接质量偏低。为此,本研究选取了scaffold N50最大的草地贪夜蛾Sf 9细胞系基因组进行了蛋白编码基因注释。该版本的基因组重复序列占比28.1%。CEGMA评估显示该本版本基因组可覆盖93.6%的核心基因,BUSCO评估显示可覆盖90.8%的核心基因。利用OMIGA注释流程预测到25 699个蛋白质编码基因,详细的基因序列可从InsectBase网站获得(http://www.insect-genome.com/FAW/),其中具有GO注释的基因为15 623个,具有KEGG注释的基因共有9 213个。选取了12个鳞翅目昆虫进行比较基因组学分析,发现草地贪夜蛾与斜纹夜蛾的亲缘关系最近,两者分化时间大约在1 284万年前。对12个鳞翅目昆虫蛋白质编码基因进行同源分析,在草地贪夜蛾中发现了2 490个单拷贝基因、891个鳞翅目特有基因、2 360个物种特异扩增基因和4 180个物种特异基因。GO富集分析显示,2 360个物种特异扩增基因主要参与DNA整合、代谢相关的生物过程;4 180个物种特异基因主要参与酶活性、光感受、糖代谢等,KEGG通路富集发现草地贪夜蛾特异基因主要参与氨基酸代谢、糖代谢和Wnt信号通路。本研究结果丰富了草地贪夜蛾的基因信息,对进一步了解其生物学特性、开发新型绿色防控方法具有指导意义。     

美洲大蠊基因组重复序列分析

重复序列是真核生物基因组的重要组成部分。一些重复序列,如自主型的逆转录转座子LINE,在昆虫的系统进化和遗传多样性研究方面得到了广泛的应用。de novo从头预测和基于同源比对预测相结合的方法被用来搜索美洲大蠊Periplaneta americana基因组,共鉴定出大约占全基因组62%的重复序列。研究发现,散在重复序列中,DNA转座子占美洲大蠊基因组的16.18%;逆转座元件中LINE最多,占基因组的13.64%,SINE和LTR分别占基因组的3.52%和1.32%。LINEs中的Bov Bs亚家族在所有转座子亚家族中比例最高(约6.73%)。美洲大蠊与德国小蠊Blattella germanica相比,除LTR外,其他类型的转座子占基因组的比例均高于德国小蠊。通过分析逆转录转座子反转录酶完整度、氨基酸序列相似度及遗传距离,从美洲大蠊基因组中鉴定出一类BovBs:RTE-1_PAm。BovBs的反转录酶氨基酸序列的系统树表明,美洲大蠊与内华达古白蚁Zootermopsis nevadensis的进化关系比与其同属蜚蠊科Blattidae的德国小蠊的关系更近。昆虫中BovBs的进化关系与传统核基因进化关系的不同,表明转座子的进化相对宿主基因的进化具有一定的独立性。     

河南省草地贪夜蛾迁入路径及虫源地分析

[目的]明确草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda(J.E.Smith)迁入河南的路径和虫源地,为河南草地贪夜蛾的异地预测提供基础信息.[方法]根据2019和2020年河南省88个监测点的草地贪夜蛾高空灯诱蛾数据,借助基于WRF模式的昆虫轨迹分析方法,阐释河南草地贪夜蛾的迁入路径和虫源地.[结果]草地贪夜蛾经东、西两条迁飞路线迁入河南.东线主要从广东和江南丘陵区迁入河南,主迁入期在6-8月,8-9月也会有少量来自安徽、江苏的虫群迁入;西线为主要虫源区,从云贵高原经西南山地玉米种植区(包括川东、重庆、桂西、湘西、鄂西山地和陕南山地)迁入到河南中西部,最早4月就有源自广西的成虫迁入,主迁入峰集中在7-8月.特定天气系统和天气过程影响草地贪夜蛾迁入期的年际变化,2020年河南省草地贪夜蛾迁入峰期推迟,是因为当年6月中下旬江南长时间、大范围降水对迁出种群的阻滞作用.[结论]河南草地贪夜蛾的异地预测可用3月份广西、云南和4-5月份重庆、贵州、湖南的田间虫量作为迁入量的预测因子,用5-6月份湖南、湖北的发蛾期和6月份的降水作为迁入期的预测因子.     

两种方法对大熊猫基因组重复序列的注释比较

重复序列是动物基因组的重要组分,对于基因组结构多样性、调节基因表达和介导多种遗传疾病具有重要影响。本研究采用了2种策略:基于序列比对的Repeat Masker(RM)和从头预测的Repeat Scout(RS),对大熊猫Ailuropoda melanoleura基因组中的重复序列进行鉴定与注释,详细阐明了其转座子元件(TE)的组成、类型、数量、亚家族、长度分布、分化率等。比较2种注释方法的结果,RM注释到的TE数量在绝大部分亚家族中均多于RS,而在某些亚家族中则少于RS;RS注释到的TE亚家族类型及平均长度均小于RM。此外,RS构建的大熊猫TE一致性序列中,有20%不属于现有的重复序列类型,可能包含大熊猫特有的TE类型。研究结果对于阐明大熊猫重复序列的特征及其生物学功能奠定了重要基础。     

北京白羊沟景区农林交错带蛾类DNA条形码鉴定

[目的]DNA条形码技术已经在多个类群中得到了广泛应用,但对数量巨大的鳞翅目昆虫而言,仍然缺失大量数据,尤其是形态鉴定较为困难的小蛾类和很多中型蛾类,尚无法构建较为完善的DNA条形码系统.本研究旨在为鳞翅目害虫DNA条形码系统的构建和完善提供数据来源及支撑,验证COⅠ基因作为DNA条形码通用基因的准确性,探讨28S rDNA的D2基因片段作为DNA条形码辅助基因的可行性,并检验目前BOLD系统的鉴定成功率.[方法]对采集自北京白羊沟风景区的小蛾类和中型蛾类490头标本进行形态鉴定和DNA测序,分别基于COⅠ及28S D2基因计算种内种间遗传距离,并构建了NJ系统发育树.[结果]BOLD系统的鉴定成功率为65％,对小蛾类和夜蛾类鉴定成功率较低.基于COⅠ基因的NJ树鉴定成功率为94.4％,基于28S D2基因的NJ树鉴定成功率为89.4％.[结论]结合种内与种间遗传距离结果,COⅠ基因适合作为鳞翅目蛾类DNA条形码通用基因,28S D2基因较为保守,不适合作为DNA条形码的辅助基因.     

草地贪夜蛾解毒代谢相关基因家族的进化分析

近年来草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda在世界各地猖獗为害,其寄主范围广,且已对多种化学药剂和转Bt玉米产生抗性。本文对包括草地贪夜蛾在内的14种昆虫进行了解毒代谢相关基因家族的注释,在草地贪夜蛾中发现了152个细胞色素P450(cytochrome p450,P450)、92个ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporter,ABC transporter)、44个谷胱甘肽转移酶(glutathione s-transferase,GST)以及39个尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶(UDP-glucuronosyl-transferase,UGT)。与其他鳞翅目物种相比,草地贪夜蛾的P450和GST基因数量最多,其中152个P450基因可被归类至Mito、CYP2、CYP3和CYP4四个簇中;Mito和CYP2簇的P450基因总数与家蚕Bombyx mori相近,但CYP3和CYP4簇的P450基因明显多于家蚕,进化分析结果显示CYP3和CYP4簇的P450基因发生了明显的扩增;与家蚕P450基因的共线性分析发现草地贪夜蛾89个P450基因在其基因组上呈簇分布并发生了簇的扩增;与家蚕相比,GST和ABC转运蛋白家族基因的数量明显增多。UGT基因家族没有明显增加,但在基因进化分析中有成簇现象,表明可能存在近期的扩增事件。本研究首次从基因组水平鉴定了草地贪夜蛾解毒代谢相关基因家族,对理解草地贪夜蛾的生物学特性及抗性的形成具有重要指导意义。     

苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒在宿主草地贪夜蛾选择压力下的毒力和基因变异

草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda(J.E.Smith)原产北美,现已入侵中国许多地区,造成了巨大的生态和经济损失.杆状病毒是多种昆虫的病原体,对非目标生物无毒无害,是很有应用前景的生物农药,其施用可大大减缓草地贪夜蛾对化学农药抗性产生速度.以往的研究发现,虽然苜蓿银纹夜蛾核型多角体病毒(Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus,AcMNPV)可感染许多种鳞翅目昆虫,但对草地贪夜蛾口服感染能力较差.选择毒力增强的变异体是提高AcMNPV作为病毒杀虫剂应用的一个新方向.在本研究中,使用野生型AcMNPV在草地贪夜蛾2龄末幼虫中连续传代20次,并对亲本和后代分离株的毒力进行了评价.与野生型AcMNPV相比,后代分离株对草地贪夜蛾2龄末幼虫毒力显著提高.由于病毒的复制依赖于宿主细胞,受到草地贪夜蛾选择压力的影响,AcMNPV的基因发生变异.宿主适应性强的毒株在草地贪夜蛾体内的感染增殖能力较强,容易获得生长优势并成为优势毒株.更进一步,本研究通过二代测序分析了突变的关键基因.本研究可为生物农药生产提供高毒力毒株,也可在草地贪夜蛾应急防控和持续防控中发挥重要作用.     

草地贪夜蛾三个SfruPBPs对本种及同域种劳氏粘虫性信息素及腺体组分的亲和力

[目的]测定草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda 3个信息素结合蛋白(pheromone binding protein,PBP)(SfruPBP)对草地贪夜蛾及同域近缘种劳氏粘虫Leucania loreyi性信息素及腺体组分的结合特性,探究草地贪夜蛾这3个SfruPBPs在两种昆虫不同性信息素组分识...     

草地贪夜蛾CYP4G15和CYP4L4的时空表达及其对高低温胁迫的响应

[目的]为明确草地贪夜蛾Spodoptera frugiperda在高低温胁迫条件下CYP4G15和CYP4L4是否参与调控.[方法]本研究采用RT-PCR方法检测CYP4G15和CYP4L4在草地贪夜蛾各发育阶段和不同组织以及在36℃高温和4℃低温条件下的表达情况.[结果]CYP4G15和CYP4L4基因均在草地贪夜蛾低龄时表达量最高;CYP4G15在表皮组织中表达量最高;CYP4L4在前肠组织中表达量最高;在高温和低温胁迫条件下,两个基因均存在差异表达.[结论]CYP4G15和CYP4L4可能参与草地贪夜蛾体内.多种内源物质合成以及受高温、低温胁迫的代谢过程.     

草地贪夜蛾和其它五种重要鳞翅目害虫蛹的形态特征比较

【目的】田间草地贪夜蛾Spodopterafrugiperda(J.E.Smith)蛹与斜纹夜蛾Spodopteralitura Fabricius、甜菜夜蛾Spodoptera exigua(Hübner)、粘虫Mythimna separata(Walker)、棉铃虫Helicoverpa armigera(Hübner)和亚洲玉米螟Ostrinia furnacalis 5种重要鳞翅目害虫蛹容易混淆。明确草地贪夜蛾与其它5种重要的鳞翅目害虫蛹的形态差异,为田间鳞翅目害虫蛹的准确鉴别和田间调查提供依据。【方法】采用体式显微镜拍照观察并分析草地贪夜蛾蛹、斜纹夜蛾蛹、甜菜夜蛾蛹、粘虫蛹、棉铃虫蛹和亚洲玉米螟蛹的外部形态特征,根据相关特征差异编制了区分草地贪夜蛾与此5种鳞翅目害虫的检索表和快速区分表。【结果】草地贪夜蛾蛹主要特征为中足末端到达下颚末端之前,触角末端到达中足末端之前;中胸背板前缘略直;第4-7腹节背面前缘着生多行粗点刻;腹部末端臀棘上着生1对基部分开呈八字形的刺。草地贪夜蛾蛹腹部末端臀棘部位与其它5种害虫均不相同,辅以附肢位置、中胸背板前缘线和腹部点刻等特征可以准确将其与斜纹夜蛾、甜菜夜蛾、粘虫、棉铃虫和亚洲玉米螟的蛹区分。斜纹夜蛾中胸背板前缘线和臀棘上的刺与草地贪夜蛾有异;甜菜夜蛾下颚与中足位置及臀棘上的刺与草地贪夜蛾有异;粘虫腹部点刻和臀棘上的刺与草地贪夜蛾有异;棉铃虫触角末端位置和腹部末端的刺与草地贪夜蛾有异;亚洲玉米螟腹足遗迹和臀棘上的刺与草地贪夜蛾有异。【结论】根据蛹的结构特征,可以区分草地贪夜蛾与斜纹夜蛾、甜菜夜蛾、粘虫、棉铃虫和亚洲玉米螟等害虫的蛹。