染色体水平基因组组装揭示多胚寄生蜂Macrocentrus cingulum的生殖进化机制

本研究针对多胚生殖（polyembryony）机制不清的科学问题，通过PacBio HiFi和Hi-C测序技术完成了多胚寄生蜂Macrocentrus cingulum染色体水平基因组组装（151.93 Mb，N50 16.93 Mb），预测14,471个蛋白编码基因并注释12,500个功能基因。该研究为解析多胚生殖的宏观进化机制及寄生蜂生物防治应用提供了高质量基因组资源，发表于《Scientific Data》。

　　

论文解读

在自然界中，多胚生殖（polyembryony）是一种令人惊叹的繁殖策略——单个卵可发育出多个基因完全相同的后代。这种机制在膜翅目寄生蜂中独立进化了至少四次，但其分子基础仍是未解之谜。Macrocentrus cingulum作为亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）的主要天敌，其独特的生殖特性使其成为研究多胚生殖的理想模型。然而，此前发布的基因组高度碎片化（contig N50仅99.8 kb），严重阻碍了相关研究。

为解决这一瓶颈问题，中山大学农业与生物技术学院的研究团队采用单倍体雄性样本，结合PacBio HiFi长读长测序（16.16 Gb，平均读长15.28 kb）和Hi-C染色体构象捕获技术（15.75 Gb），通过Hifiasm(v0.20.0-r639)和3D-DNA(v180114)组装获得染色体水平基因组。该基因组大小151.93 Mb，contig N50达8.42 Mb， scaffold N50提升至16.93 Mb，9条染色体锚定率99.5%。重复序列占比25.52%，通过EDTA(v2.2)和RepeatMasker(v4.1.2-p1)鉴定。基因预测整合BRAKER(v3.0.3)、GeMoMa(v1.9)和RNA-seq证据，最终注释14,471个基因（BUSCO完整性98.2%），其中12,500个获功能注释。

研究结果

1. 基因组特征：GC含量36.19%，LTR反转座子占比7%，DNA转座子9.66%。相较旧版基因组，新组装连续性提升85倍，为解析多胚生殖相关基因簇提供基础。
2. 特殊发育机制：研究揭示了M. cingulum胚胎分化为正常胚胎（发育为幼虫）和伪胚（pseudogerm）的分子基础，后者作为营养源和免疫屏障的功能可能由特定基因模块调控。
3. 比较基因组学：与单胚寄生蜂Copidosoma floridanum等物种的比较发现，多胚生殖相关基因在复制和选择压力上呈现显著差异。

结论与意义
该研究不仅提供了首个染色体水平的M. cingulum基因组（GCA_045786645.1），更建立了多胚生殖研究的分子框架。特别值得注意的是，伪胚分化机制可能与昆虫胚胎极性和细胞命运决定通路（如Wnt/β-catenin）相关，这为理解生殖策略的进化创新提供了新视角。未来通过基因编辑验证候选基因，有望揭示多胚生殖从"营养胚胎"到"防御单元"的功能分化机制，对农业害虫生物防治具有重要应用价值。