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康乐院士nature子刊发布基因组研究新成果 收藏

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来自中科院动物研究所、华大基因研究院以及中科院北京生命科学研究院的科学家们报告说,他们已成功地解开了蝗虫(locust)的遗传密码,揭示出了“数百个”可以成为杀虫剂靶标的基因。这一蝗虫的遗传密码相当的大——达到6.5 Gb,是迄今为止最大的测序动物基因组。

来自中科院动物研究所、华大基因研究院以及中科院北京生命科学研究院的科学家们报告说,他们已成功地解开了蝗虫(locust)的遗传密码,揭示出了“数百个”可以成为杀虫剂靶标的基因。这一蝗虫的遗传密码相当的大——达到6.5 Gb,是迄今为止最大的测序动物基因组。相关研究结果在线发表在1月14日的《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

领导这项研究的是现任中国科学院动物研究所所长、中国科学院北京生命科学研究院院长的中国科学院院士康乐(Le Kang)。主要研究领域是以昆虫为模式系统,主要开展生态基因组、抗寒性以及化学生态及行为学研究。曾荣获国家自然科学三等奖,获何梁何利生命科学与技术进步奖等奖项。2013年获美国昆虫学会颁发的杰出科学家奖。

自有农耕文明以来,蝗灾一直被视作是一种最具破坏性的自然灾害。根据圣经、古兰经和中国历史档案的记载,蝗灾总是与饥荒、争斗和社会秩序瓦解联系到一起。例如在 1988年,亿万的蝗虫群聚到一块扩散到多达60个国家、2900万平方公里的庞大地域,造成了亿万美元的经济损失。当前防治蝗灾的主要方法就是密集地喷洒化学杀虫剂;然而由于这些杀虫剂对于人类和环境健康及生物多样性都具有十分不利的影响,其整体效用遭到广泛的争议。

蝗虫具有群集和长距离迁徙特性。亿万的蝗虫可以突然、毫无预示地聚集到一起形成蝗虫群,它们一天可以飞行成百上千公里,甚至横跨海洋。蝗虫是一种杂食性害虫,一只蝗虫每天可吃掉相当于自身体重的食物;这大概相当于人类每天食物消耗量的60–100倍。密度依赖性非遗传多型性是蝗虫的一个重要特征,其涉及到许多生物和表型性状,包括身体颜色、形态、行为、生理、免疫反应及其他各个方面均发生改变。群体密度增高可触发蝗虫从独居相向群居相转变,导致蝗虫广泛地聚集到一起,这种相变可快速发生且可以逆转。

飞蝗(Locusta migratoria)是最广泛的一类蝗虫物种,长期以来被用作为昆虫形态学、行为和生理学研究的模型生物。在这篇新文章中,研究人员绘制出了大小为6.5?Gb的飞蝗基因组序列草图。分析结果表明,飞蝗拥有如此大的基因组有可能是因为存在有许多重复的称之为转座元件(transposable elements)可移动DNA片段,在进化过程中这些元件从未被清除出去,都存留在基因组中。

甲基化组和转录组分析揭示,蝗虫相变过程中微管动态变化介导的突触可塑性与复杂的调控机制相关。研究人员还发现与能量消耗和解毒有关的一些基因家族发生了显著扩增,这可能与蝗虫的长途飞行能力和植食性有关。他们还报道了数百个潜在的杀虫剂靶基因,包括半胱氨酸环配体门控离子通道(Cys-loop ligand-gated ion channel)、G蛋白偶联受体和一些致死基因。

这一蝗虫基因组序列为我们提供了有关这一昆虫物种生物学的一些新认识,并将推动人们更好地防控蝗虫灾害。
 
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