近日，中国农业科学院茶叶研究所联合中国科学院上海植物生理生态研究所在茶树重大害虫——灰茶尺蠖染色体基因组组装及基因编辑研究上取得重要突破，相关研究成果以“灰茶尺蠖染色体级别参考基因组及基因编辑”（“Chromosome‐level genome reference and genome editing of the teageometrid”）为题在线发表在知名期刊《Molecular Ecology Resources》上。该研究结果为灰茶尺蠖基因组学及种群与寄主的生态适应性研究提供了关键的基因组资源。
灰茶尺蠖是在我国茶园分布最广、危害最大的一种食叶类害虫。研究采用三代纳米孔测序技术结合二代转录组数据，获得灰茶尺蠖接近完整的基因组787.4 Mb、31条染色体和18 746个编码基因。
注：（a）-灰茶尺蠖生活史，（b）-灰茶尺蠖幼虫，（c）-灰茶尺蠖成虫，（d）-灰茶尺蠖田间为害状。
图1 灰茶尺蠖生活史及生态照
注：（a）-灰茶尺蠖基因组在31条染色体上的分布特征，（b）-灰茶尺蠖与家蚕染色体水平基因组比较。
图2 灰茶尺蠖染色体水平基因组组装示意图
研究详细注释了63个气味受体基因、184个味觉受体基因、31个离子通道受体、48个气味结合蛋白基因、22个化学感受蛋白基因等与化学感受相关的基因，同时获得了132个P450多功能氧化酶基因、118个ATP-结合转运基因、102个羧酸酯酶基因、59个UDP-葡萄糖基转移酶、34个谷胱甘肽-S-转移酶基因等重要的与解毒相关的基因。通过与其他鳞翅目昆虫解毒和化感相关基因家族比较，发现灰茶尺蠖P450基因中的CYP6家族出现了特异的基因扩张，并且味觉受体基因中也出现大量基因家族的扩张，说明灰茶尺蠖这种以主要寄主命名的昆虫具有多食性的潜质。
图3 灰茶尺蠖中与寄主适应性相关基因家族鉴定与系统发育分析
在此基础上，研究团队还用CRISPR/Cas9基因组编辑技术首次成功建立了灰茶尺蠖的基因编辑体系，敲除一个调控体节发育的Abd-A基因后可以获得体节变异突变体，为后续开展灰茶尺蠖基因功能研究提供了技术支持。
注：（a）-Abd-A基因结构个突变靶点，（b）-突变体基因型随机选择，（c）-敲除Abd-A基因后获得体节变异突变体。
图4 使用基因编辑技术对灰茶尺蠖Abd-A基因突变
灰茶尺蠖一直以来被当作“茶尺蠖”为人认知。近年来，使用茶尺蠖核型多角体病毒对“茶尺蠖”进行防治发现，不同地理种群防治效果存在差异。采用形态学与分子生物学相结合的方法研究明确了我国茶园中的“茶尺蠖”实际存在两个种：灰茶尺蠖Ectropis grisescens和茶尺蠖Ectropis obliqua。二者外形极为相近，其CO1基因遗传距离的差异在3.2%～4.0%，遗传学上具有较为亲近的亲缘关系，是一对近缘种昆虫。相比茶尺蠖，灰茶尺蠖分布区域更为广泛，对茶尺蠖病毒抗性更高，因此对茶叶的为害更为严重。进一步研究表明，两近缘种的生物学特征、性信息素成份、共生菌组成存在明显差异。且二者间可以交配产卵，但存在生殖隔离和生殖竞争。该研究对灰茶尺蠖基因组的破译和基因编辑技术上取得的突破也为深入开展茶尺蠖两近缘种相关研究奠定了基础。
论文共同第一作者为中国科学院上海植物生理生态研究所的潘云洁博士、房刚奇博士和中国农业科学院茶叶研究所博士后王志博副研究员，共同通讯作者为中国农业科学院茶叶研究所肖强研究员和中国科学院上海植物生理生态研究所的詹帅研究员。
该研究在中国科学院前沿科学重点研究项目(XDB27040205)、(QYZDB-SSW-SMC029)和国家自然科学基金优秀青年科学基金(31672370)的资助下完成。
图片原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1755-0998.13385
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