10月27日，国际知名期刊Nature Communications在线发表了由浙江大学与广东省农业科学院等团队合作完成的题为“Genomic signatures associated with maintenance of genome stability and venom turnover in two parasitoid wasps”的研究论文，揭示了寄生蜂昆虫维持基因组稳定与毒液快速演化的基因组特征。浙江大学上海高等研究院/浙江大学计算机学院博士后研究人员叶昕海博士为论文的第一作者，浙江大学上海高研院常务副院长、人工智能研究所所长吴飞教授参与了论文的研究工作。
寄生蜂是一类生物多样性极其丰富的昆虫，是研究演化生物学的理想模型。基因组测序与组装显示，两种平腹小蜂的基因组大小在950Mb左右，是目前已知的绝大多数膜翅目昆虫基因组大小的2~4倍。进一步研究表明，平腹小蜂庞大的基因组特征与近期的LTR类转座子扩张有关。同时，研究人员也注意到该蜂基因组中有大量完整的转座元件存在，这可能意味着这些元件仍具转座活性，并对基因组的稳定性造成威胁。于是，研究人员进一步探究了平腹小蜂基因组应对这些潜在威胁基因组稳定性因素的演化特征，发现与piRNA相关的Piwi基因发生了大量扩增，并且在各发育阶段和各组织间广泛表达。此外，研究人员结合小RNA测序数据，进一步证实了piRNA对转座子的抑制作用。同时，结合毒液多组学数据，研究人员还对两种平腹小蜂的毒液基因的快速演化机理进行了研究，发现基因选配（co-option）、基因复制后的新功能化（neofunctionalization）等进化模型共同塑造了平腹小蜂毒液快速演化的格局，其中基因选配具主要作用。此外，该研究还构建了毒液基因的调控网络，发现大量与毒液基因共表达的非毒液功能基因，并进一步发现了这类非毒液基因在毒液快速演化中可能也扮演重要角色。
总结来说，该研究展示了寄生蜂基因组应对突如其来的转座子爆发的演化策略，有助于进一步研究维持基因组稳定的分子机理，并对深入理解基因组大小演化有重要意义。同时，本研究中有关寄生蜂毒液快速演化的发现完善了毒液基因的演化模型，对深入理解基因新功能的产生有重要价值。
该研究工作由演化基因组学、生物信息学、昆虫学等多学科背景团队联合完成，充分体现了学科交叉特色。浙江大学农业与生物技术学院叶恭银教授和广东省农业科学院植物保护研究所李敦松研究员为本论文的通讯作者，浙江大学上海高等研究院/浙江大学计算机学院叶昕海博士，浙江大学农学院杨义博士，广东省农科院植保所赵灿博士为共同第一作者。浙江大学上海高等研究院/浙江大学计算机学院吴飞教授、浙江大学昆虫所方琦副教授、肖山博士、熊时姣博士、赵现馨博士、罗切斯特大学孙禹博士，浙江省农科院徐红星研究员等参与了此项研究。该研究工作得到了国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金青年项目、科技部重点领域创新团队计划 “害虫寄生蜂资源挖掘及其应用研究创新团队”、国家荔枝龙眼产业技术体系项目、中国博士后基金项目等资助。
论文链接或可点击文末“阅读原文”直接跳转:https://www.nature.com/articles/s41467-022-34202-y
论文背后的故事:https://ecoevocommunity.nature.com/posts/genomes-of-parasitoid-wasps-illuminate-evolutionary-strategies-for-maintaining-genome-stability-and-venom-turnover?channel_id=behind-the-paper
今日编辑：徐 敏
