农业昆虫的功能基因组学研究: 回顾与展望

       昆虫具有强大的环境适应能力，是地球上种 类最为丰富的动物群体，已有超过 180 万种昆虫 被鉴定和命名。随着人类社会的农业发展，昆虫 和人类生活的关系日益密切，人类从数量庞大的 昆虫群体中获得了大量的经济资源和生态效益。 例如，家蚕 Bombyx mori 是我国丝绸行业的重要支 柱，我国近年丝绸行业营业收入每年达 1200 亿元 以上。此外各种显花作物的授粉也主要是由昆虫完成。但是，有害昆虫对农业生产造成的损失也 不容忽视，即使通过一系列的防治措施，农林牧 产品仍有 20% 损失是由农业害虫为害所产生的。 随着 2000 年果蝇 Drosophila melanogaster 基因组测 序和基因图谱绘制完成 ( Adams et al. ，2000) ，昆 虫学的研究开始进入基因组时代。截止于 2015 年 底，已报道完成基因组测序的有 15 种与农业相关 的 昆 虫，包 括 豌 豆 蚜 Acyrthosiphon pisum ( Taguet al. ，2010 ) 、 褐 飞 虱 Nilaparvata lugens ( Xue et al. ，2014) 、亚洲飞蝗 Locusta migratoria ( Wang et al. ，2014 ) 、 小 菜 蛾 Plutella xylostella ( You et al. ，2013) 4 种主要农业害虫、仓储害虫赤拟谷 盗 Tribolium castaneum ( Richard et al. ，2008) 和经 济昆虫家蚕 ( Xia et al. ，2004) 以及一些传粉昆虫 和专营寄生的天敌昆虫。此外，还有光肩星天牛 Anoplophora glabripennis、马 铃 薯 甲 虫 Leptinotarsa decemlineata、小 麦 瘿 蚊 Mayetiola destructor、草 地 夜 蛾 Spodoptera frugiperda、橘 小 实 蝇 Bactrocera dorsalis 等 10 多种农业昆虫的基因组测序组装工作 在紧锣密鼓的进行当中。前面所提到的 6 种农业 害虫的基因组大小在 200 － 6600 Mb，其中基因组 最大的是亚洲飞蝗 ( 6525 Mb) ，最小的是赤拟谷 盗 ( 204 Mb) ，重复序列、基因间隔以及内含子的 大小不一造成了昆虫基因组大小的差异 ( 张传溪， 2015) 。赤拟谷盗已发展为研究遗传发育、生态和 食品安全的模式昆虫 ( Grünwald et al. ，2013) ，而 家蚕也已经成为鳞翅目模式昆虫，这些基因组数 据为研究昆虫在遗传发育、取食迁飞、免疫防御 等方面提供了重要的信息基础，促进了以鉴定基 因功能为目标的昆虫功能基因组学的发展，为农 业害虫的为害机制和防治方法提供了分子水平上 的基本依据。

1 研究农业昆虫基因组和功能基因 组的意义

      利用天敌昆虫和害虫的互作关系防治害虫的 应用越来越广泛，了解天敌控害的具体机制也需 要以各种组学信息为基础，发展其功能基因组学 的研究，以更好的指导防治过程。

2 农业昆虫的功能基因组学研究进展

2. 1 功能基因组学相关技术及应用

2. 2 生长发育和生殖

2. 3 多型现象

2. 4 抗药性

2. 5 嗅觉感受机制

2. 6 代谢及内共生现象

2. 7 天敌昆虫及其与寄主的关系

3展望

     虽然目前农业昆虫在功能基因组学方面的研 究深度还有欠缺，如生长发育的分子调节、蚜虫生殖方式转换机制，气味信号的终止方式、迁飞 行为的预测等。但是随着越来越多农业昆虫基因组、转录组和蛋白组等组学研究的深入，更多模 式昆虫的确立，将会给农业昆虫在各种领域内的 研究带来极大的便利。在抗药性方面，通过对昆 虫体内整套遗传信息进行研究，构建遗传连锁图 片，采用基因芯片分析，对筛选抗性主效基因和 发现抗性机制都有巨大的帮助; 将为害虫抗性监 测和新型药剂的研制提供更加科学有效的指导。 在生长发育方面，JH 受体的确定和信号传导途径 以及 Ecd 和 JH 之间是如何构建起交互作用等问 题，在遗传操作技术和突变体体系构建的基础下 也能迎刃而解。果蝇在发育生物学上的研究已经 相当深入，加之昆虫间的信号传导通路存在较高 的保守性，这为农业昆虫在生长发育方面的研究 提供了有价值的参考。

      一代长读长测序技术的发展，为获得更完整更准确的昆虫全基因组信息提供了新方法，也为昆虫进化、行为以及有害昆虫的生物防治方面提供了基础。

       天津生物芯片拥有PacBio RSII、Sequel等测序平台，旨在为广大合作伙伴提供优质、快捷的基因组转录组测序组装分析服务，同时也为昆虫基因组学的研究提供助力。