横斑瓢虫染色体级别基因组图谱破译：为生物防治与瓢虫科进化研究提供关键资源

《Scientific Data》：Chromosome-level genome assembly of predatory ladybug Coccinella transversoguttata

本研究针对重要天敌昆虫横斑瓢虫缺乏高质量基因组资源的现状，通过结合PacBio长读长、Illumina短读长和Hi-C技术，成功构建了染色体级别（2n=20）的基因组图谱（453.64 Mb，contig N50为22.99 Mb）。该组装注释了16,464个蛋白编码基因（86.77%获功能注释）和65.99%的重复序列。BUSCO评估完整度达97.41%，为瓢虫科进化机制、环境适应性及生物防治应用研究奠定了坚实基础。

　　

在农业生态系统中，瓢虫科昆虫作为捕食性天敌，在控制蚜虫、介壳虫等害虫种群方面发挥着不可替代的作用。其中，横斑瓢虫以其广泛的分布范围和高效的捕食能力，成为生物防治研究的重要物种。尽管其在生态平衡维护和可持续农业发展中的价值已得到广泛认可，但基因组信息的缺乏严重制约了对其捕食行为、环境适应性等遗传机制的深入解析。

为填补这一关键空白，研究团队在《Scientific Data》上发表了横斑瓢虫染色体级别的高质量基因组图谱。该研究通过整合多种先进测序技术，成功构建了大小为453.64 Mb的基因组，其contig N50达到22.99 Mb，并将91.90%的序列锚定到10条染色体上。注释结果显示，该基因组包含16,464个蛋白编码基因，其中86.77%的基因获得了功能注释，重复序列占比为65.99%。这些高质量的基因组数据为揭示瓢虫科的进化历程、适应性特征及其在生物防治中的应用潜力提供了宝贵的遗传资源。

研究团队主要采用了以下关键技术方法：首先，利用PacBio SMRT长读长测序技术获取高质量序列数据，并结合Illumina短读长数据进行校正；其次，通过Hi-C技术进行染色体构象捕获，辅助完成染色体级别的组装；最后，综合运用同源比对、de novo预测和转录组证据等多种策略进行基因注释和功能分析。实验样本来自西藏自治区拉萨市林周县甘丹曲果镇野外采集并经实验室多代繁育的横斑瓢虫近等基因系群体。

基因组特征分析显示，横斑瓢虫的基因组大小为453.64 Mb，通过K-mer分析（k=17）估计的基因组大小与组装结果高度一致。染色体计数确认该物种二倍体染色体数为2n=20。组装质量评估表明，BUSCO完整性达到97.41%，短读长数据比对率为99.75%，覆盖度达99.95%，证实了基因组组装的高度完整性和准确性。

重复序列注释结果显示，转座元件是基因组重复序列的主要组成部分。通过RepeatMasker、RepeatProteinMask和de novo预测方法的整合分析，发现LTR反转录转座子占比最高，达到32.56%，其次是LINE元件（15.50%）和DNA转座子（14.67）。这些重复序列的详细注释为了解基因组结构和进化历史提供了重要线索。

基因结构注释方面，研究团队采用多种方法相结合的策略，最终获得16,464个高可信度的蛋白编码基因。这些基因的平均长度为11,303.47 bp，平均含有4.81个外显子。功能注释分析显示，83.45%的基因在KEGG数据库中获得注释，62.42%在InterPro数据库中有注释，39.24%的基因具有GO功能分类。此外，还鉴定出31个miRNA、692个tRNA、304个rRNA和141个snRNA等非编码RNA。

基因组组装的质量通过多种方法进行了验证。BUSCO评估使用endopterygota_odb10数据集，结果显示96.6%的基因为完整基因，其中单拷贝基因占95.8%，重复基因占0.8%。短读长序列比对分析显示，99.75%的读段能够准确映射到基因组上，且在不同覆盖深度下均表现出良好的分布特征。基因结构特征与近缘物种的比较也进一步证实了注释结果的可靠性。

该研究首次提供了横斑瓢虫染色体级别的高质量基因组图谱，不仅为理解瓢虫科的基因组进化提供了重要数据，也为深入研究其作为天敌昆虫的生物学特性奠定了分子基础。基因组中鉴定的大量重复序列和特定基因家族为解析瓢虫的环境适应性和捕食特性提供了新的线索。这些资源将推动瓢虫在生物防治中的应用，并为其他昆虫基因组的解析提供方法学参考。

值得注意的是，基因组中高达65.99%的重复序列比例反映了转座元件在瓢虫基因组进化中的重要作用，而相对较高的基因注释完整度为功能基因组学研究提供了可靠基础。未来，结合这一基因组资源，研究人员可以进一步探讨横斑瓢虫在捕食行为、宿主识别、环境适应性等方面的分子机制，为开发更有效的生物防治策略提供理论依据。

这项研究的完成标志着瓢虫科基因组学研究进入了新的阶段，为昆虫进化生物学和农业害虫综合治理研究提供了重要的数据支撑。随着更多瓢虫物种基因组数据的积累，我们将能够更全面地理解这一重要天敌昆虫类群的进化历史和适应性特征，为可持续农业发展提供新的解决方案。