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为解决科罗拉多马铃薯甲虫（CPB）基因组资源匮乏、抗药性机制不明等问题，的研究人员开展了基于染色体水平基因组的基因表达图谱构建研究。他们通过整合Iso-seq和RNA-seq技术，成功构建了涵盖61个样本的高精度CPB基因表达图谱，并开发了可视化网络平台。该研究不仅填补了CPB基因表达数据的空白，还为害虫抗药性研究和生态适应机制提供了重要工具和资源，是昆虫学领域的重要突破，值得科研读者关注。
《科罗拉多马铃薯甲虫基因表达图谱的构建与意义》
科罗拉多马铃薯甲虫（Colorado potato beetle, CPB）是一种对马铃薯作物危害极大的害虫，以其对超过50种杀虫剂的惊人抗药性而闻名。这种害虫起源于北美，20世纪迅速传播至欧洲和亚洲，给茄科植物尤其是马铃薯带来了巨大的经济损失。一只成年甲虫在幼虫阶段就能消耗约40平方厘米的叶片组织，成年后每10天可消耗100平方厘米的叶片面积。更令人头疼的是，CPB对杀虫剂的抗性进化速度极快，且表现出明显的地理差异。这种抗性主要源于其高遗传变异，雌性甲虫的高繁殖力是原因之一——一只雌虫平均每天可产25枚卵，30天内最多可产724枚卵。这些特性使得CPB成为研究杀虫剂抗性、昆虫生理学、休眠、繁殖和进化的理想模型物种。
然而，尽管已有大量研究，CPB的研究进展仍受到缺乏全面基因组和转录组资源的限制。目前，虽然已有染色体水平的参考基因组发布，但公开的基因表达数据仍极为有限，这严重阻碍了对CPB基因表达调控和抗性机制的深入理解。为了填补这一空白，第一作者单位的研究人员在《期刊原文名称》上发表了题为《论文原文标题》的研究论文，旨在通过构建CPB的基因表达图谱，为害虫防控和昆虫生物学研究提供新的工具和数据资源。
研究人员通过整合短读和长读测序技术，利用61个样本（涵盖主要器官和发育阶段）的转录组数据，构建了CPB的基因表达图谱。他们还开发了一个网络门户，方便研究人员搜索和可视化基因表达数据。通过这些努力，研究人员不仅提升了基因组注释的准确性，还发现了6,623个之前未被检测到的基因。这一成果为未来的研究提供了重要的基础数据和工具，有望加速对CPB抗性机制的理解和害虫防控策略的开发。
在技术方法方面，研究人员主要采用了以下几种关键技术：首先，利用Iso-seq技术获取全转录本信息，以确保基因注释的准确性；其次，通过RNA-seq技术对不同组织和发育阶段的样本进行高通量测序，以获取基因表达数据；最后，结合BRAKER1和BRAKER2方法进行基因预测，并通过TSEBRA工具优化基因模型。这些方法的综合应用显著提高了基因组注释的质量，并为后续的基因表达分析提供了可靠的数据基础。
研究结果
背景与总结
研究人员详细回顾了CPB的生物学特性和抗药性研究进展，指出当前研究面临的最大挑战是缺乏全面的基因表达数据。为此，他们利用最近发布的染色体水平基因组，对12种成虫组织、5种末龄幼虫组织以及不同发育阶段的全虫样本进行了转录组测序。通过改进基因组注释，研究人员将基因数量从之前的版本提升至34,350个，BUSCO评分达到96.2%，比之前提高了3%。此外，他们还开发了一个基于网络的门户，方便用户搜索、下载和可视化基因表达数据。
方法
研究人员在气候控制室内饲养CPB，使用有机种植的马铃薯叶片作为食物来源。实验设计包括样本解剖、RNA提取、RNA测序、数据处理和功能注释生成。研究人员从末龄幼虫和成虫中提取了12种组织的转录组，并对不同发育阶段的全虫样本进行了测序。为了获取全转录本信息，研究人员采用了Iso-seq技术，并将这些数据与RNA-seq数据结合，用于构建基因组的结构注释。
Iso-seq数据处理
Iso-seq数据通过PacBio的SMRT Link软件进行处理，生成高质量的全转录本。研究人员使用pbmm2将这些转录本映射到参考基因组上，并通过Cupcake工具去冗余。这一过程确保了基因组注释的准确性和完整性。
RNA-seq数据处理
研究人员使用Trimmomatic软件去除低质量读段，并利用FastQC进行质量评估。随后，使用STAR软件将读段映射到基因组上，并通过FeatureCounts统计基因表达量。最终，研究人员筛选出在至少两个样本中表达量大于1的基因，共保留了15,578个基因。
蛋白质编码基因注释
在基因注释过程中，研究人员使用BRAKER1和BRAKER2方法结合Iso-seq数据，优化基因模型。通过TSEBRA工具，研究人员比较了不同预测方法的结果，并保留了最准确的基因模型。此外，他们还使用InterProScan和BlastKOALA工具对基因功能进行了注释。
加权基因共表达网络分析
研究人员利用WGCNA软件包进行了加权基因共表达网络分析。他们将基因分为52个模块，并通过皮尔逊相关系数分析了模块与组织之间的关联。这一分析揭示了不同组织中基因表达的协同模式，为理解基因功能提供了重要线索。
基因组织特异性分析
研究人员使用扩展的tau评分方法评估了基因的组织特异性。他们发现，2,487个基因（占表达基因的16%）表现出明显的组织特异性，其中1,102个基因特异性表达于精巢。这一结果表明，不同组织的基因表达模式与其功能密切相关。
基因本体富集分析
为了验证RNA-seq数据的准确性，研究人员对组织特异性基因进行了基因本体（Gene Ontology, GO）富集分析。结果表明，这些基因的GO富集与组织功能高度相关。例如，精巢特异性基因富集于纤毛组装和运动相关过程，而脂肪体特异性基因则富集于脂肪酸生物合成过程。
研究结论与讨论
研究人员通过构建CPB的基因表达图谱，显著提升了基因组注释的准确性和完整性。这一成果不仅为理解CPB的抗药性机制提供了重要的基因表达数据，还为开发新的害虫防控策略提供了理论基础。通过Iso-seq和RNA-seq技术的结合，研究人员成功构建了一个高质量的基因表达图谱，并开发了一个用户友好的网络门户，方便研究人员访问和分析这些数据。
此外，研究人员还通过加权基因共表达网络分析和基因组织特异性分析，揭示了CPB不同组织中基因表达的复杂模式。这些发现不仅为昆虫生理学和发育生物学研究提供了新的视角，还为未来的研究提供了重要的工具和资源。总体而言，这项研究不仅填补了CPB基因表达数据的空白，还为昆虫学研究开辟了新的方向，具有重要的科学意义和应用价值。
