基于PacBio SMRT和Illumina测序的麦长管蚜翅型二态性全长转录组资源解析

本研究针对麦长管蚜(Sitobion avenae)翅型二态性的分子机制，通过整合PacBio SMRT和Illumina HiSeq平台，构建了涵盖3个发育阶段的全长转录组图谱。研究获得2,309,013条环形一致性序列(CCS)，鉴定出43,219个功能注释转录本，发现71个与翅发育、激素合成和能量代谢相关的候选基因。该数据集为昆虫表型可塑性研究提供了重要分子资源，对农业害虫防控策略开发具有启示意义。

　　

在农业生态系统中，麦长管蚜(Sitobion avenae)作为小麦主要害虫，其独特的翅型二态性现象长期困扰着农业生产。这种微小昆虫能根据环境刺激产生两种截然不同的形态：具有迁徙能力的翅型个体和无翅但繁殖力强的无翅型个体。这种发育可塑性虽然帮助蚜虫适应多变环境，却也使其成为难以防治的"超级害虫"。尽管前人研究揭示了温度、种群密度等环境因素对翅型分化的影响，但环境信号如何转化为发育指令的分子机制仍是未解之谜。

中国农业科学院植物保护研究所的Xiangrui Li团队在《Scientific Data》发表的研究，通过多组学技术首次绘制了麦长管蚜翅型分化的全长转录组图谱。研究人员采用PacBio SMRT长读长测序结合Illumina短读长校正的策略，对伪胚胎、1龄和2龄若虫等3个关键发育阶段的翅型/无翅型个体进行转录组分析。样本来自河北廊坊田间种群，通过拥挤胁迫和报警信息素(EβF)处理诱导翅型分化。

关键技术包括：1) PacBio Sequel平台生成281.92Gb亚reads数据，经SMRT Link软件处理获得FLNC(全长非嵌合) reads；2) Illumina Novaseq 6000测序用于数据校正；3) GMAP比对亚洲麦蚜参考基因组；4) 通过CNCI/CPC/Pfam/Plek四重预测鉴定lncRNA；5) 采用edgeR进行差异表达分析(FDR<0.001)。

主要研究结果

功能注释分析
7大数据库(NR/NT/Swiss-Prot等)联合注释显示44.3%转录本(43,219个)获得功能注释，其中KEGG通路富集分析揭示ABC转运蛋白、碳代谢等通路与翅型分化相关。

非编码RNA调控网络
四重预测体系鉴定出596个高置信度lncRNA，同时发现1,398个转录因子，其中zf-C2H2(306个)和ZBTB(169个)家族最为富集，暗示表观调控在翅型决定中的重要作用。

差异表达模式
通过|log₂FC|≥1标准筛选出71个关键差异基因，热图分析显示这些基因在翅型个体中呈现阶段性表达特征，与蜕皮激素信号通路和TOR(雷帕霉素靶蛋白)调控的自噬过程显著相关。

讨论与展望
该研究建立的6.5Gb转录组资源(BUSCO完整性65.1%)突破了传统短读长测序的技术局限，首次系统揭示了麦长管蚜翅型分化的多层级调控网络。发现的71个候选基因中，包括调控昆虫发育的经典通路(如Wnt和胰岛素信号通路)成员，以及REPTOR2等新型调控因子。这些分子标记为开发基于RNAi的精准防控技术提供了靶点，同时为理解昆虫表型可塑性的进化机制提供了新视角。未来研究可结合单细胞测序技术进一步解析翅原基发育的时空特异性调控机制。