黄守瓜染色体级别基因组破译：为害虫防治与进化研究提供新资源

《Scientific Data》：A chromosomal-level genome assembly of Aulacophora lewisii Baly, 1886 (Coleoptera: Chrysomelidae)

本研究针对葫芦科重要害虫黄守瓜(Aulacophora lewisii)缺乏高质量基因组图谱的问题，通过整合PacBio HiFi、Illumina和Hi-C测序技术，成功构建了染色体级别基因组组装（大小1,642.79 Mb，锚定至28条染色体）。该基因组包含15,588个蛋白编码基因，重复序列占比达79.43%，BUSCO完整性评估达94.6%。该高质量基因组为揭示黄守瓜的生态适应机制和开发靶向防治策略奠定了关键基础。

　　

在农业生产中，葫芦科作物经常遭受一种名为黄守瓜（Aulacophora lewisii Baly, 1886）的小型甲虫的严重危害。这种属于鞘翅目（Coleoptera）叶甲科（Chrysomelidae）的昆虫，其成虫会取食作物的嫩叶、茎和花，而幼虫则在地下啃食根系或果实。尤其在作物苗期，幼虫的侵害可导致高达35%的减产，对黄瓜、南瓜、西瓜等经济作物构成重大威胁。然而，尽管其危害严重，科学界对这种害虫的深入了解却相当有限，特别是缺乏高质量的基因组资源，这严重阻碍了从其遗传本质出发，揭示其进化历史、环境适应机制以及开发新型、精准的害虫管理策略的进程。

为了填补这一关键空白，由信阳师范大学的金建峰、荆胜利等研究人员组成团队，在《Scientific Data》上发表了题为“A chromosomal-level genome assembly of Aulacophora lewisii”的研究论文。他们利用先进的基因组测序技术，成功绘制了黄守瓜的染色体级别基因组图谱，为后续的基础与应用研究提供了宝贵的资源。

研究人员主要运用了以下几项关键技术：首先，他们采集了来自中国广东省的黄守瓜个体样本，分别进行了PacBio HiFi长读长测序、Illumina短读长测序、Hi-C（高通量染色体构象捕获）测序和转录组测序，获得了覆盖度充足的多组学数据。接着，他们利用Hifiasm软件进行初步组装，并结合Hi-C数据通过Juicer和3D-DNA等工具将基因组序列锚定到染色体上。最后，通过整合转录组数据、同源物种蛋白序列和从头预测方法，对基因组中的重复序列、非编码RNA和蛋白质编码基因进行了系统注释。

背景与摘要

叶甲科是鞘翅目中多样性极高的类群，全球超过5万种。黄守瓜作为其中一种专食葫芦科作物的害虫，其基因组信息的缺失限制了相关研究的深入。本研究旨在通过多技术平台整合，构建高质量的黄守瓜基因组，为解析其生态适应性和推动病虫害基因组学研究奠定基础。

方法

样本收集与测序。 研究团队于2024年10月从中国广东省采集黄守瓜标本，分别用于PacBio HiFi、Illumina、Hi-C和转录组测序，共产生约203.67 Gb的原始数据。

基因组组装。 使用GenomeScope对k-mer分析估计基因组大小约为1.69 Gb，杂合度约1.07%。利用PacBio HiFi读数通过Hifiasm进行初步组装，再使用Purge_Dups去除单倍型，最后利用Hi-C数据通过Juicer和3D-DNA进行染色体挂载，获得染色体级别的组装结果。

基因组注释。 利用RepeatModeler和RepeatMasker注释重复序列，发现重复序列占基因组的79.43%。使用MAKER整合转录组、同源比对和从头预测方法注释蛋白编码基因，共预测到15,588个基因。通过BUSCO评估显示基因集的完整性达93.3%。

结果

基因组组装特征。 最终获得的黄守瓜基因组大小为1,642.79 Mb，包含3,183个scaffold，其scaffold N50为55.13 Mb。90.65%的基因组序列被成功锚定到28条染色体上。BUSCO评估显示组装完整性为94.6%。

重复序列与基因注释。 重复序列是基因组的主要组成部分，其中DNA转座子(28.12%)和长散在核元件(LINEs, 26.80%)占比最高。共注释出15,588个蛋白编码基因，平均每个基因含5.5个外显子。此外，还注释了1,200个非编码RNA，包括396个tRNA和584个rRNA。

技术验证。 通过将原始测序读数回比到组装基因组，PacBio HiFi、Illumina和RNA-seq数据的比对率分别达到99.90%、95.21%和91.42%，证实了组装的高准确性和完整性。

数据记录

本研究产生的所有原始测序数据和组装好的基因组序列均已公开存储在NCBI数据库（BioProject编号: PRJNA1195038）和Figshare平台，便于全球研究人员访问和使用。

综上所述，本研究成功构建了黄守瓜的高质量、染色体级别的基因组参考序列。这一资源不仅详细揭示了该物种的基因组特征，如巨大的基因组规模、高比例的重复序列和完整的基因集，而且通过严格的质量评估验证了其可靠性与完整性。该基因组的发布，标志着对黄守瓜的研究进入了一个新的基因组学时代。它将极大地促进对叶甲科昆虫基因组进化、对寄主植物的适应性（特别是对葫芦科作物的专食性机制）、以及杀虫剂抗性等性状的遗传基础研究。更重要的是，它为未来开发基于基因组信息的、环境友好的黄守瓜精准防控策略提供了不可或缺的遗传基础，对保障葫芦科作物安全生产具有重要的理论和实践意义。