國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature Ecology & Evolution 在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所詹帥研究組、黃勇平研究組與中國(guó)林業(yè)科學(xué)院森林生態(tài)環(huán)境與保護(hù)研究所等單位合作完成的題為Fall webworm genomes yield insights into rapid adaptation of invasive species 的研究論文。該研究揭示了美國(guó)白蛾入侵種群的群體遺傳學(xué)特征，并提出了代謝可塑性促進(jìn)外來(lái)入侵種快速適應(yīng)新生境的假說(shuō)。
隨著改革開(kāi)放的深入和對(duì)外交流的擴(kuò)大，我國(guó)已經(jīng)成為遭受入侵生物危害最嚴(yán)重的國(guó)家之一；外來(lái)入侵種嚴(yán)重威脅本地生態(tài)環(huán)境和生物多樣性，并造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。除缺少天敵等生態(tài)水平的假說(shuō)，外來(lái)入侵種快速適應(yīng)新生境的分子機(jī)制尚不清楚。美國(guó)白蛾起源于北美地區(qū)，第二次世界大戰(zhàn)期間隨軍事物資運(yùn)輸，先后傳播到東歐、日本等地；經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的擴(kuò)散，目前已蔓延到北半球大部分國(guó)家和地區(qū)，是世界性檢疫害蟲(chóng)。自1979年美國(guó)白蛾在我國(guó)遼寧省丹東市首次發(fā)現(xiàn)以來(lái)，目前已擴(kuò)散到長(zhǎng)江流域，疫區(qū)涉及10余個(gè)?。ㄊ?、區(qū)），對(duì)我國(guó)林業(yè)、農(nóng)業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，被列入我國(guó)首批外來(lái)入侵物種名單。
研究人員借助高通量測(cè)序、CRISPR/Cas9等技術(shù)手段，構(gòu)建了高質(zhì)量的美國(guó)白蛾基因組和高效的基因編輯平臺(tái)，并分析了美國(guó)白蛾在我國(guó)環(huán)渤海地區(qū)多個(gè)發(fā)生地點(diǎn)的群體遺傳學(xué)特征。研究人員發(fā)現(xiàn)入侵我國(guó)的美國(guó)白蛾種群在基因組水平呈現(xiàn)典型的“瓶頸效應(yīng)”，溯祖分析顯示種群收縮開(kāi)始于美國(guó)白蛾傳入中國(guó)之前，提示我國(guó)的美國(guó)白蛾種群起源于其它國(guó)家的入侵種群而非由原發(fā)地直接輸入。研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)美國(guó)白蛾入侵種群的基因編碼區(qū)，特別是非同義位點(diǎn)，相較于基因組其它區(qū)域呈現(xiàn)更高的雜合子比例，提示功能多樣性可能在白蛾入侵過(guò)程中發(fā)揮重要作用。值得注意的是，功能多樣性最為顯著的基因富集到的通路幾乎全部與糖代謝相關(guān)。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)美國(guó)白蛾味覺(jué)受體（主要是苦味受體）基因顯著擴(kuò)張，苦味受體基因的功能多態(tài)性高于其它化學(xué)感應(yīng)受體和基因的總體水平。由此，研究人員推斷經(jīng)味覺(jué)受體和糖代謝通路變異調(diào)節(jié)的代謝可塑性可能在美國(guó)白蛾快速適應(yīng)新生境的過(guò)程中發(fā)揮重要作用。另一方面，研究人員還關(guān)注美國(guó)白蛾（又名秋幕毛蟲(chóng)）吐絲結(jié)網(wǎng)的分子機(jī)制。通過(guò)與鱗翅目經(jīng)典的吐絲結(jié)繭昆蟲(chóng)——家蠶比較，研究人員發(fā)現(xiàn)美國(guó)白蛾低齡幼蟲(chóng)的絲腺具有特殊的表達(dá)格局，并鑒定到保幼激素通路、轉(zhuǎn)錄因子等特異性調(diào)節(jié)美國(guó)白蛾絲腺發(fā)育的重要基因。
研究成果為外來(lái)入侵種的綜合防治提供了理論基礎(chǔ)。植生生態(tài)所博士研究生武寧寧、森環(huán)森保所副研究員張?zhí)K芳等為該論文的共同第一作者，植生生態(tài)所研究員詹帥、黃勇平以及森環(huán)森保所研究員張真為共同通訊作者；美國(guó)肯塔基大學(xué)、加州大學(xué)歐文分校等國(guó)內(nèi)外科研人員指導(dǎo)、協(xié)助部分研究工作。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部、中科院、中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院、林業(yè)公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目等資助。
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