首次解析夏威夷花蓟马（Thrips hawaiiensis）高质量基因组，助力蓟马害虫防治研究

时间：2025年2月7日

来源：Scientific Data

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夏威夷花蓟马（Thrips hawaiiensis）是危害园艺作物的害虫且对化学药剂产生抗性，高质量基因组缺失限制相关研究。研究人员测序其基因组，获 287.59 Mb 组装结果等。该成果为蓟马遗传和害虫治理研究奠基。

在繁花似锦的园艺世界里，有一种微小却破坏力惊人的害虫 —— 夏威夷花蓟马（Thrips hawaiiensis），正悄然威胁着各类园艺植物的健康。它广泛分布于亚洲、非洲、欧洲、大洋洲和美洲，像个 “隐藏的刺客”，用尖锐的口器穿刺花朵和果实，导致斑点病变、疤痕、坏死甚至畸形，严重影响农作物的产量和品质，从香蕉、柑橘到玫瑰、苹果，众多作物都深受其害。

长期以来，化学杀虫剂一直是防治夏威夷花蓟马的主要手段，但 “道高一尺，魔高一丈”，它已对多种杀虫剂产生了抗性，包括吡虫啉、啶虫脒、阿维菌素和多杀菌素等，这使得防治工作愈发艰难。更棘手的是，由于缺乏高质量的参考基因组，科研人员对其遗传特征的了解十分有限，难以深入探究其抗药性的分子机制，也无法精准地制定防控策略。

为了突破这一困境，来自宁波大学植物病毒学研究所和福建省农业科学院植物保护研究所的研究人员勇挑重担，开展了一项极具意义的研究。他们成功完成了夏威夷花蓟马的基因组测序，相关成果发表在《Scientific Data》上。这一研究成果意义非凡，它为深入了解蓟马的遗传特性提供了关键线索，也为开发更有效的害虫管理策略奠定了坚实基础。

在这项研究中，研究人员运用了多种前沿技术。首先，采用牛津纳米孔测序技术（ONT）、Illumina 测序技术和高通量染色体构象捕获技术（Hi-C）对夏威夷花蓟马进行基因组测序。其中，ONT 技术能产生长读长序列，有助于跨越基因组中的复杂区域；Illumina 测序技术提供高覆盖度的短读长数据，用于修正和补充基因组信息；Hi-C 技术则可以辅助基因组组装，将序列挂载到染色体水平。此外，还进行了转录组测序，以全面了解基因表达情况。

下面让我们详细看看研究结果：

基因组大小估计与组装：研究人员先利用 Illumina 短读长数据，通过一系列生物信息学工具，如 Trimmomatic 进行读段修剪，Jellyfish 提取和计数 k-mer，GenomeScope 估计基因组大小，最终得到夏威夷花蓟马基因组大小约为 247 Mb 和 245 Mb 。接着，使用 NextDenovo 将 ONT 长读长组装成 contigs，再通过 NextPolish 利用校正后的 ONT 长读长和短读长进行组装校正，PurgeDups 去除重复序列，最后借助 Hi-C 数据，使用 chromap 和 YaHS 软件将 contigs 构建成 scaffolds 并锚定到假染色体上，经手动校正后，获得了高质量的基因组组装，其总长度为 287.59 Mb，scaffold N50 达到 13.84 Mb 。经 BUSCO 分析，该基因组完整性高达 98.7%，这表明组装质量非常高。
基因组注释与功能预测：通过 EDTA 软件对基因组中的重复序列进行识别，发现约 26.69% 的基因组为重复序列。利用 BRAKER3 整合 RNA-seq 和蛋白质同源信息进行蛋白质编码基因注释，共注释出 18,289 个蛋白质编码基因。进一步通过 BlastP 搜索 NR 和 SwissProt 数据库、PANNZER 进行 GO 注释以及 KEGG 通路映射，对这些基因进行功能注释，结果显示 88.87% 的预测基因得到了注释。此外，还检测到了 73 个核糖体 RNA（rRNA）基因、6,146 个转移 RNA（tRNA）基因和 675 个其他非编码 RNA（ncRNA）基因。
系统发育分析：研究人员选取了包括夏威夷花蓟马在内的 6 种蓟马和 6 种其他昆虫进行系统发育分析。通过 OrthoFinder 将 12 种昆虫基因组中的基因分配到直系同源组，利用 402 个单拷贝直系同源基因，使用 IQ-TREE 构建最大似然树。结果表明，Frankliniella 属（包括F. occidentalis、F. intonsa和F. fusca）和Megalurothrips usitatus互为姐妹群，Stenchaetothrips biformis和夏威夷花蓟马互为姐妹群。同时，利用 PAML 软件包中的 MCMCTree 程序估计分歧时间，发现夏威夷花蓟马和S. biformis大约在 6160 万年前（MYA）发生分歧，它们的共同祖先与 Frankliniella 属和Megalurothrips usitatus的分歧时间约为 3.149 亿年前（MYA）。

综合来看，这项研究成功完成了夏威夷花蓟马的高质量基因组组装和注释，为深入研究蓟马的遗传特征、进化历史以及抗药性机制提供了宝贵资源。基于这些成果，未来科研人员有望开发出更精准、更高效的害虫防治策略，如利用基因编辑技术靶向关键基因，或开发基于基因组信息的新型杀虫剂，从而减少夏威夷花蓟马对农业生产的危害，保障农作物的产量和质量。同时，该研究也为其他蓟马物种的研究提供了重要参考，推动了整个蓟马研究领域的发展，在农业害虫防治的征程中迈出了坚实而重要的一步。