由福建农林大学和华大基因（BGI）领导一个国际研究联盟，完成了第一个最具破坏性的芸苔属作物害虫——小菜蛾（diamondback moth，DBM）的基因组序列图谱。这项工作提供了对昆虫适应宿主植物更广泛的见解，为农田有害生物持续性治理开辟了新途径。最新研究在线发表在《自然遗传学》（Nature Genetics）杂志上。
小菜蛾嗜食油菜籽、花椰菜和卷心菜等重要的经济粮食作物。它已对包括DDT、Bt毒素等50多种杀虫剂产生抗药性，这使得利用化学制剂进行虫害控制这一策略变得无效。据估计，全球每年损害及治理的相关总费用达到40-50亿美元。
研究小组的负责人、福建农林大学副校长尤民生（Minsheng You）教授说：“完整的小菜蛾全基因组序列为追踪进化机制，揭示昆虫如何进化为能够对抗许多杀虫剂的食草动物，奠定了坚实的基础。这项工作也为科学家们更好地了解小菜蛾成为如此严重虫害的原因，以及开发出新策略控制虫害提供了宝贵的资源。”
在这项研究中，研究人员借助全基因组鸟枪法（whole genome shotgun，WGS）和fosmid克隆技术对小菜蛾基因组进行了测序，生成了大概为343 Mb的基因组草图，预计有18,071个蛋白质编码基因。他们发现相比其他测序昆虫物种，小菜蛾具有相对较大的一组基因，及中等数量的基因家族，表明某些基因家族存在扩增。此外，以基因组为基础的系统发育分析表明：小菜蛾是一种基本的鳞翅目物种（lepidopteran species），核型模式极好地证实了这一点。
以来自大约1000个雄蛹的基因组数据为基础，研究人员鉴别了测序小菜蛾品种(Fuzhou-S)的全基因组水平多态性，这些多态性有可能为小菜蛾适应各种环境挑战奠定了遗传基础。他们还检测了一组倾向性表达于幼虫期，有助于气味化学感应、食物消化和代谢解毒的基因。有趣的是，他们发现硫酸酯酶修饰因子1(sulfatase modifying factor 1 ，SUMF1)和硫代葡萄糖苷硫酸酯酶（glucosinolate sulfatase ，GSS）共表达，有可能对小菜蛾成为以十字花科植物为食的食草动物至关重要。
杀虫剂耐药或抗药有可能促成了昆虫解毒信号选择。在这项研究中，研究人员发现相比在5000多年的驯化过程中较少接触杀虫剂的蚕（silkworm），小菜蛾具有较大的一组杀虫剂抗药基因。他们发现小菜蛾中，与昆虫异型生物质解毒有关的4个基因家族存在明显的基因扩增，包括ATP结合盒（ABC）转运载体蛋白家族，P450单加氧酶(P450s)，谷胱甘肽-S-转移酶(GSTs)和羧酸酯酶(COEs)。值得注意的是，进一步的分析突显了ABC转运载体蛋白在解毒中的潜在作用。
这种巧妙的进化伎俩使得小菜蛾成为了如此严重的虫害，它有可能在小菜蛾广泛化学制品解毒能力形成中发挥了重要作用。“值得注意的是，它似乎是一种特殊的遗传适应，使得小菜蛾能够解毒其食用植物中的化学制品，也使得它能够对针对它的杀虫剂产生免疫，”该研究的国际合作者之一，澳大利亚查尔斯特大学Geoff Gurr教授说。
华大基因研究院执行总裁王俊（Jun Wang）教授说：“获得一个物种的参考基因组对于更深入地了解它的生物学和进化极其重要。我们很高兴成为这一联盟的组成成员，并获得了首个可公开获取的小菜蛾基因组数据。我期望在不久的将来，我们能够将获得的成果转化为持续虫害治理的实际行动。”(生物谷Bioon.com)
