昆明動物所在蝴蝶基因組大小進化方面取得新進展

2020-12-09 中國科學院

　　蝴蝶因其豐富的形態多樣性，自達爾文時代就作為研究物種適應性進化的重要類群之一，近幾年更被認為是研究形態遺傳、進化和發育的理想模型，已成為發育生物學、進化生物學、種群遺傳學、保護生物學和生態學等研究領域的重要模式生物之一。

　　中國科學院昆明動物研究所科研團隊在2015年完成所有蝴蝶模式種金鳳蝶及其近緣種柑橘鳳蝶兩種鳳蝶基因組，以蝴蝶為例首次實現野生昆蟲的基因編輯(Li et al., 2015, Nature Communications)。在此基礎上，為了在蝴蝶系統發育的更大尺度下更好地探討蝴蝶形態等表型多樣性進化的遺傳基礎，於2017年啟動了蝴蝶譜系基因組計劃。作為蝴蝶譜系基因組計劃的第一步和基礎，該團隊利用流式技術測定涵蓋中國分布所有科和幾乎所有亞科共67種蝴蝶的基因組C值，並利用二代測序技術對其線粒體基因組進行組裝，其中1亞科23屬59種的線粒體基因組為首次報導。結合公共資料庫中的基因組大小和線粒體基因組數據，構建了6科29亞科145屬264種蝴蝶的蝴蝶系統發育樹，並在此系統發育框架上探討了6科24亞科71屬共106種蝴蝶基因組大小的進化。研究結果表明，蝴蝶的基因組大小在0.203pg(199Mb)(蛺蝶科：Heliconius xanthocles)到1.287pg(1253Mb)(鳳蝶科:Parnassius orleans)之間，差異達6.4倍；科內差異最大的是鳳蝶科(5.9倍：0.22-1.29pg)，其次是蛺蝶科(4.8倍：0.2-0.95pg)、粉蝶科(4.4倍：0.22-0.97pg)、灰蝶科(2.6倍：0.39-1.02pg)、弄蝶科(2.2倍：0.3-0.66pg)和蜆蝶科(1.8倍：0.48-0.87pg)。研究結果還表明，蝴蝶的祖先基因組大小約為0.5pg，不同亞科或族的某些祖先基因組大小的增減事件，導致了現生蝴蝶基因組大小的多樣性變異。這些研究結果不僅為蝴蝶基因組大小的進化提供了新見解，而且也為未來的基因組測序計劃提供了重要的參考。

　　該研究以Genome size variation in butterflies (Insecta, Lepidotera, Papilionoidea): A thorough phylogenetic comparison為題，於1月7日發表在Systematic Entomology上。昆明動物所副研究員李學燕是文章的第一通訊作者，研究員王文是共同通訊作者，團隊成員劉貴春（暨西北工業大學在職博士生）、常洲為文章的並列第一作者。該研究得到國家自然科學基金項目(31621062)、中科院戰略性先導科技專項（B類）(XDB13000000)、「西部青年學者」項目（A類）和遺傳資源與國家重點實驗室（GREKF18-13）等的支持。

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