寄生蜂为什么有的这么小?浙江省农业科学院与浙江大学联合团队揭示其中的进化奥秘

发布者:昆虫科学研究所发布时间:2021-09-14浏览次数:0

寄生蜂为什么有的这么小?浙江省农业科学院与浙江大学联合团队揭示其中的进化奥秘


浙江省农业科学院与浙江大学等团队通过合作研究,首次报道了重大外来生物草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)卵期寄生蜂夜蛾黑卵蜂(Telenomus remus)的染色体水平基因组,同时结合赤眼蜂(Trichogramma pretiosum)的基因组数据从比较基因组学的角度发现了寄生蜂体型缩小的趋同进化机制,为提高重要作物鳞翅目害虫的生物防治水平提供了重要的基因信息资源和新的途径。相关成果于2021913日在线发表在国际进化生物学权威期刊《Molecular Biology and Evolution》上。

       寄生蜂与寄主的关系是长期协同进化的结果。一些寄生蜂的体型很小,比如在害虫生物防治实践中得以广泛应用的卵寄生蜂赤眼蜂、黑卵蜂等,它们的体长多在0.5毫米之内,显著小于绝大多数寄生蜂物种。体型缩小可能是寄生蜂物种多样性进化的关键,更小的体型可以显著减少能量消耗并方便寄生蜂进入各种复杂空间寻找新的寄主,从而提高生物防治害虫的效果,但其背后的基因组进化机制并不明确。





左:夜蛾黑卵蜂   右:稻螟赤眼蜂

 

该研究首先通过测序获得了夜蛾黑卵蜂的染色体水平基因组,共包括10条染色体,基因组大小为129 Mbscaffold N5011.9 Mb。通过比较基因组分析发现,夜蛾黑卵蜂与短管赤眼蜂的基因组进化速率明显快于其他中等体型的蜂类,共有573个基因在这两种寄生蜂中均进化较快。进一步筛选锁定了38个在这两种寄生蜂中特异快速进化的基因,其中部分基因涉及一些已知与体型发育相关的通路,包括Hippo信号通路、Ras信号通路和Hedgehog信号通路等。同时,也有部分基因与组织发育、细胞生长、神经系统发育相关。此外,还发现有基因与翅脉形成有关,这极可能与个体小的寄生蜂翅脉极度退化相关。结合系统发育树分析可见,夜蛾黑卵蜂与短管赤眼蜂在进化距离上相距较远,而且各自的近缘物种均为中等体型寄生蜂。由此,这两种寄生蜂的快速进化属于独立事件,说明寄生蜂体型缩小是趋同进化的结果。

寄生蜂体型缩小的趋同进化

这些结果对于进一步开展赤眼蜂和黑卵蜂等鳞翅目害虫卵期天敌的筛选、基因编辑或遗传改良、生长发育调节和商品化等相关研究以及提高寄生蜂对害虫田间的防治效果等具有重要作用,同时为深入理解寄生蜂多样性进化提供理论依据。

       浙江省农业科学院吕仲贤研究员、浙江大学昆虫科学研究所叶恭银教授和李飞教授为本论文的共同通讯作者,浙江省农业科学院徐红星研究员和浙江大学昆虫所叶昕海博士(现为浙江大学计算机学院博士后)为共同第一作者。浙江大学方琦副教授、贺康副研究员、熊时姣博士、徐乐博士,罗切斯特大学孙禹博士,浙江省农业科学院杨亚军博士参与了此项研究。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家水稻产业体系岗位科学家项目和农产品质量安全危害因子与风险防控国家重点实验室项目等资助。

 

论文链接https://academic.oup.com/mbe/advance-article-abstract/doi/10.1093/molbev/msab273/6369521