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由一隻斑點燈籠蠅建構的第一個基因組

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2019/10/22
斑點燈籠蠅。圖片來源:美國農業部

美國農業研究服務(ARS)的科學家,與太平洋生物科學公司和賓州大學合作,在《Gigascience》雜誌上發表了斑點燈籠蠅 (SLF)的第一個基因組。而這個基因組的樣本,僅來自一隻昆蟲而非好幾隻。

ARS 昆蟲學家Scott M. Geib表示,這不僅是該害蟲的第一個公開基因組,而且沒有對其近親物種進行基因組定序,從而使數據變得更加重要。

SLF原生於中國、孟加拉國和越南,於2014年在美國賓州首次發現,現已傳播到維吉尼亞州,馬里蘭州和紐約州。這種害蟲會侵蝕杏仁、蘋果、杏、葡萄、桃子、藍莓和啤酒花以及橡木、核桃木和楊樹等。如果SLF在美國廣泛建立,潛在經濟損失約數十億美元。

Geib 表示,擁有這種有害生物的基因組,為更好地了解其生物學和行為打開了一扇門,並提出了更可能的潛在控制方法,例如透過了解昆蟲的嗅覺基因來誘捕,或者探索基因編輯或RNA干擾等途徑。

儘管擁有SLF基因組,對於這種入侵性有害生物的管理和控制至關重要,但是獲取基因數據所採用的方法也是一項令人矚目的成就。這是首次產生完整基因組序列所需的所有DNA,均取自賓夕法尼亞州雷丁野外一棵樹上捕捉到的一隻昆蟲。

解密該物種基因組的障礙之一是其相對較大的基因組大小,約為22億個鹼基對。對於以前的定序系統,將需要許多定序來完成整個工作,而每次運行都消耗了被定序生物的可用DNA

因此,通常要有足夠的DNA來完成完整的基因組序列,就需要合併許多生物,從而增加了產生錯誤的機會。為了避免這種潛在的錯誤,通常必須在集落中繁殖近交對象,尤其是昆蟲。

「與太平洋生物科學公司合作,並使用其新的定序平台PacBio Sequel II,可從單次定序運行中獲得10倍的數據,因此我們能夠從一個樣本中獲得足夠的覆蓋範圍。數據和裝配的快速周轉同時降低了成本,在這種情況下,消耗品的價格低於2,000美元,當然還不包括定序儀器的費用,」 Geib解釋說。

為了基因組的完整性,由於沒有太多相關的基因組可以與SLF進行比較,因此研究小組檢查了一組“核心基因”,這些基因應在所有昆蟲中準確存在一次,並驗證了其中發現了多少個“核心基因”。在這種情況下,他們發現了約97%的這些單拷貝核心基因,其重複率非常低。

Geib說:「對如此龐大的昆蟲基因組進行快速定序,並表明沒有必要將昆蟲拉進一個繁殖地,這提高了我們完成Ag100Pest計畫的可行性。 ARS Ag100Pest計劃的重點是破譯100種昆蟲的基因組,這些昆蟲對農作物和牲畜的破壞力最大,而且預計將對農業和環境產生深遠的生物經濟影響。而現在有了這個系統,做100個甚至1000個基因組,就不會顯得不切實際了。」

從少量DNA中獲得完整基因組的能力,也使得考慮對物理上微小昆蟲的基因組進行定序,而無需捕獲或飼養大量單一種物種成為現實。這擴大了可以進行基因定序的昆蟲種類。