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授粉者之战 我国科学家解密本土熊蜂的遗传密码

近日,中国农业科学院蜜蜂研究所主导,携手国内外多家科研单位首次为16种我国本土熊蜂绘制了高质量的参考基因组序列,并对其进行比较基因组学研究,揭示熊蜂基因组进化的分子机制,鉴定出与熊蜂生态适应性及行为特征相关的基因,为我国本土熊蜂遗传改良提供了宝贵的基因资源。相关研究成果在线发表在《Molecular Biology and Evolution》( IF=11.062)。

孙成研究员介绍:熊蜂是重要的传粉昆虫,在设施作物授粉中发挥着巨大作用,是多种植物特别是茄科作物的优异授粉者。用熊蜂给温室作物授粉,不但可提高产量,而且改善果实品质,全球范围得到广泛应用。目前全球已鉴定的熊蜂包含15个亚属,约250个种。我国是世界上熊蜂物种资源最为丰富的国家,目前已鉴定出125种。而我国当前设施作物所使用的授粉熊蜂高度依赖进口,引进的熊蜂存在生物入侵风险。所以培育本土授粉熊蜂品种,对促进我国农业绿色可持续发展、维持国家生态环境安全具有重要意义。

研究团队通过对我国本土的16种熊蜂全基因组测序及全熊蜂属水平的比较基因组学研究发现,熊蜂的染色体结构非常稳定,只是在寄生性熊蜂中发生了较多的染色体结构变异;转座子是决定熊蜂基因组大小的主要因素,而且有证据表明转座子参与了熊蜂基因编码区及调控区形成;熊蜂基因的内部结构相对稳定但是基因的边界可变,这是由于熊蜂的终止密码子在许多时候不能够有效地终止蛋白质的翻译;熊蜂的基因树与物种树高度不一致,该结果提示将来人们进行熊蜂基因水平的研究要基于独立的基因树;鉴定出与熊蜂取食偏好、高海拔适应、杀虫剂抗性以及外部形态等性状相关的遗传变异。该研究进一步解析了我国本土熊蜂的基因组序列,鉴定了优良性状的遗传基础,为培育我国本土授粉熊蜂品种提供了理论基础。

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图1 全熊蜂属水平上的系统进化、基因组及蛋白质组比较

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图2 熊蜂属染色体数目的变化

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图3 不同熊蜂基因功能类群的分子进化特征

想了解更多熊蜂多组学的精彩信息?11月26日下午 15:00,携手中国农业大学植物保护学院非常荣幸邀请中国农业科学院蜜蜂研究所研究员孙成博士,为大家在线分享《Bumble bee genomes: what are boring, interesting and promising》专题报告,欢迎感兴趣的老师报名参加!

讲座方式:

线下会议:新植保楼3060A 会议室

线上直播:腾讯会议

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专家简介

孙成 研究员 中国农业科学院蜜蜂研究所

博士毕业于中国科学院遗传与发育生物学研究所,先后在美国德克萨斯大学阿灵顿分校、科罗拉多州立大学做博士后研究。2015年10月入选中国农业科学院“青年英才计划”引进人才,主要从事熊蜂进化与功能基因组学研究。近5年在我国本土熊蜂基因组解析、基因调控区域注释、熊蜂基因及基因组进化的分子机制方面取得了一系列进展。以第一或通讯作者身份在Molecular Biology and Evolution、BMC Biology、Scientific Data、Genome Biology and Evolution和BMC Genomics等国际重要刊物上发表论文10余篇,文章被Nature Reviewers Genetics及F1000等作为研究亮点进行评述。

近年来代表性论文

1) Sun C*, Huang J, Wang Y, Zhao X, Su L, Thomas GWC, Zhao M et al. 2020. Genus-wide characterization of bumblebee genomes provides insights into their evolution and variation in ecological and behavioral traits. Molecular Biology and Evolution. msaa240. (https://doi.org/10.1093/molbev/msaa240). Highlighted in Nature Reviews Genetics (https://doi.org/10.1038/s41576-020-00294-9).

2) Zhao X, Su L, Xu W, Schaack S, Sun C*. 2020. Genome-wide identification of accessible chromatin regions in bumblebee by ATAC-seq. Scientific Data. 7: 367.

3) Zhao X, Su L, Schaack S, Sadd BM, Sun C*. 2018. Tandem repeats contribute to coding sequence variation in bumblebees (Hymenoptera: Apidae). Genome Biology and Evolution 10(12):3176–3187.

4) Sun C, Feschotte C, Wu Z, Mueller RL. 2015. DNA transposons have colonized the genome of the giant virus Pandoravirus salinus. BMC Biology. 13(1): 38.

5) Sun C, Mueller RL. 2014. Hellbender genome sequences shed light on genomic expansion at the base of crown salamanders. Genome Biology and Evolution. 6(7): 1818-1829. 

6) Sun C, Wyngaard G, Walton DB, Wichman HA, Mueller RL. 2014. Billions of basepairs of recently expanded, repetitive sequences are eliminated from the somatic genome during copepod development. BMC Genomics. 15(1): 186. 

7) Sun C, López Arriaza JR, Mueller RL. 2012. Slow DNA loss in the gigantic genomes of salamanders. Genome Biology and Evolution. 4(12): 1340-1348.

(F1000 recommendation: http://f1000.com/prime/718020336)

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