中国科学家成功破译飞蝗基因组图谱
1月14日，由中国科学院动物研究所康乐院士领衔， 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，成功破译了飞蝗(Locusta migratoria)的全基因组序列图谱，这是迄今人类破译的最大动物基因组。基于基因组信息，这项研究还揭示了飞蝗食性、迁飞和群聚的奥秘。研究成果在《自然·通讯》上以Article形式在线发表，同时国际知名数据库也向全球公开释放了飞蝗基因组数据。
飞蝗是世界性的重要农业害虫，取食水稻、小麦、玉米、高粱、谷子等多种禾本科植物。当蝗灾爆发时，蝗虫可形成高密度蝗群并可以长距离迁飞。在过去近百年中，世界科学家一直致力于揭示蝗灾爆发的机制。康乐研究组在多年研究飞蝗生态基因组学的基础上，采用新一代测序技术，发展了组装超大基因组的生物信息方法，对飞蝗基因组进行了测序、组装、注释等，获得迄今人类破译的最大动物基因组—飞蝗基因组图谱。飞蝗基因组(6.3 Gagabase)是人类的两倍多，约是果蝇基因组的30倍，预测出大约17,300个蛋白质编码基因。同时完成的还包括飞蝗的遗传图谱以及飞蝗重要生物学特性的基因组学基础。
飞蝗基因组为什么如此之大?科研人员发现，主要是因为重复序列在基因组中过多积累造成的。他们还发现，许多基因组本身的特征并不受限于物种进化关系，而是与基因组的大小密切相关。与其它已测序的昆虫物种相比，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，这一发现很好的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，飞蝗中一类被称之为糖苷键转移酶(UGT)的代谢解毒酶类，其基因数目在所有已测序昆虫中是最多的。这类酶能够降解禾本科植物中存在的特定次生代谢物，这为解释为什么飞蝗以禾本科植物为食物提供了重要线索。蝗虫的大规模群居是成灾的主要原因，群居型和散居型之间的转变是昆虫学中的一大奥秘。他们通过转录组和甲基化组测序手段，检测了两型在相互转变过程中中神经系统的基因转录的变化，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的变化。这些基因可能在控制飞蝗形成大的群体过程中发挥重要的功能。为了开发更高效、低毒的新型药物，他们还通过生物信息学的方法，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。
该项目的顺利完成为更好的揭示蝗灾爆发机制，以及开发可持续性治理策略和新的控制方法提供了宝贵的基因组资源。同时，也为推动蝗虫成为研究人类疾病和行为的生物医学模型奠定了重要的基础。
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