CGM 第130期: 全属水平的比较基因组学研究揭示熊蜂演化及适应的分子机制
中国农业科学院蜜蜂研究所 · 研究员
博士，中国农业科学院蜜蜂研究所研究员，博士生导师。研究方向为进化与功能基因组学，近几年在中国本土熊蜂基因组测序、基因调控区注释、熊蜂基因及基因组进化的分子机制等方面取得了一系列进展。研究结果发表在 Molecular Biology and Evolution 、 Genome Biology and Evolution 、 Scientific Data 等主流杂志上，文章被 Nature Reviewers Genetics 及 F1000 等作为研究亮点进行评述。
熊蜂在分类上属于蜜蜂科、熊蜂属，因体态像“熊”而被国人称之为熊蜂。熊蜂属包含15个亚属，共约250个种。熊蜂是研究社会性起源及进化的模式生物，也在维护自然生态系统平衡中发挥着举足轻重的作用。熊蜂是多种植物特别是茄科作物的优异授粉者。用熊蜂给温室作物授粉，不但可以提高产量，而且可以改善果实的品质，因而在世界范围内得到了广泛地应用。 中国是世界上熊蜂物种资源最为丰富的国家，目前已鉴定出125种，约占世界熊蜂总数的一半。中国也是设施作物种植面积最大的国家，但是当前设施作物所使用的授粉熊蜂，高度依赖进口。从国外引进的熊蜂存在生物入侵的风险，所以培育本土授粉熊蜂品种对促进农业绿色可持续发展具有重要的意义。解析我国本土熊蜂的基因组序列、鉴定优良性状的遗传基础，是培育我国本土授粉熊蜂品种的首要任务。 我们通过对本土的16种熊蜂全基因组测序及全熊蜂属水平的比较基因组学研究发现：熊蜂的基因树与物种树高度不一致，该结果提示将来人们进行熊蜂基因水平的研究要基于独立的基因树；熊蜂的染色体结构非常稳定，只是在寄生性熊蜂中发生了较多的染色体结构变异；转座子是决定熊蜂基因组大小的主要因素，而且有证据表明转座子参与了熊蜂基因编码区及调控区形成；熊蜂基因的内部结构相对稳定但是基因的边界可变，这是由于熊蜂存在丰富的终止密码子通读；鉴定出与熊蜂取食偏好、高海拔适应、杀虫剂抗性以及外部形态等性状相关的遗传变异。 该研究解析了中国本土熊蜂的基因组序列，揭示了熊蜂基因及基因组进化的分子机制，并鉴定出与熊蜂重要生物学性状相关的遗传变异，为培育本土授粉熊蜂品种奠定了重要的基础。
参考文献
- Cheng Sun, Jiaxing Huang, Yun Wang, Xiaomeng Zhao, Long Su, Gregg W C Thomas, Mengya Zhao, Xingtan Zhang, Irwin Jungreis, Manolis Kellis, Saverio Vicario, Igor V Sharakhov, Semen M Bondarenko, Martin Hasselmann, Chang N Kim, Benedict Paten, Luca Penso-Dolfin, Li Wang, Yuxiao Chang, Qiang Gao, Ling Ma, Lina Ma, Zhang Zhang, Hongbo Zhang, Huahao Zhang, Livio Ruzzante, Hugh M Robertson, Yihui Zhu, Yanjie Liu, Huipeng Yang, Lele Ding, Quangui Wang, Dongna Ma, Weilin Xu, Cheng Liang, Michael W Itgen, Lauren Mee, Gang Cao, Ze Zhang, Ben M Sadd, Matthew W Hahn, Sarah Schaack, Seth M Barribeau, Paul H Williams, Robert M Waterhouse, Rachel Lockridge Mueller. Genus-Wide Characterization of Bumblebee Genomes Provides Insights into Their Evolution and Variation in Ecological and Behavioral Traits. Molecular biology and evolution. 2021;38(2):486-501. DOI: 10.1093/molbev/msaa240
- Dorothy Clyde. Abuzz with bumblebee genomes. Nature reviews. Genetics. 2020;21(12):719. DOI: 10.1038/s41576-020-00294-9
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