基于插入缺失标记的火蚁社会超基因分型新方法开发及其在群体遗传学研究中的应用

为解决传统Gp-9基因分型方法在火蚁社会超基因检测中的局限性，台湾中央研究院团队开发了基于5个indel（插入缺失）多态性的新型PCR分型技术。该研究在2 Mb基因组区域内筛选出120-140 bp长度差异的indel标记，通过单个体和混合样本验证，证实其与标准Gp-9 PCR-RFLP分型结果完全一致，为火蚁社会形态（monogyne/polygyne）鉴定提供了更简便可靠的新方案。

　　

在昆虫社会性进化研究中，红火蚁(Solenopsis invicta)因其独特的社会多态性长期备受关注。这种入侵性蚁种通过社会超基因(social supergene)调控产生两种截然不同的社会形态：单后制(monogyne)群体仅由单一蚁后统治，而多后制(polygyne)群体则允许多个蚁后共存。这种社会多态性完全关联于包含400多个蛋白编码基因的超基因区域中两种单倍型变体（SB和Sb）的差异，其中Gp-9基因作为经典分子标记已使用二十余年。然而，现有基于Gp-9的PCR-RFLP、多重PCR和高分辨率熔解曲线分析等技术存在操作繁琐、设备依赖性强等问题，更关键的是无法适用于Gp-9基因编辑研究，亟需开发新型分型方法。

为解决这些技术瓶颈，台湾中央研究院生物多样性研究中心的Sébastien Béniguel、Tzu-Tien Hung等研究人员在《Insectes Sociaux》发表创新成果。研究团队基于SB和Sb单倍型基因组比对，在Gp-9基因上下游2 Mb区域内筛选出5个长度差异为120-140 bp的插入缺失(indel)多态位点，开发出仅需常规PCR和琼脂糖凝胶电泳的简易分型方案。通过对台湾地区采集的31个自然群体（11个单后制、20个多后制）的75个个体和31组混合样本（每组10工蚁）的系统验证，证实所有indel标记分型结果与传统Gp-9 PCR-RFLP完全一致，且能准确识别二倍体雄性个体。特别值得注意的是，其中4个标记（Indel_PCRassay#1-#4）在杂合个体中呈现均衡的条带强度，而Indel_PCRassay#5则存在等位基因偏好性扩增现象。

关键技术方法包括：1) 基于MAFFT软件对2 Mb超基因区域进行SB/Sb单倍型序列比对；2) 使用Primer3设计5对跨indel位点的特异性引物；3) 采用标准PCR体系扩增120-140 bp长度差异的indel片段；4) 通过1%琼脂糖凝胶电泳可视化分型结果；5) 使用单个体和混合样本（10工蚁/组）双重验证分型效率。

研究结果显示：
【材料与方法】部分证实，从台北市和新竹县采集的31个自然群体中，所有单后制群体工蚁均显示纯合SB/SB基因型，而多后制群体则包含SB/SB、SB/Sb和Sb/Sb三种基因型组合，与表型观察完全吻合。

【结果】部分揭示：1) 单个体分型中，15个单后制工蚁和16个多后制SB/SB工蚁均显示单一条带，22个SB/Sb杂合工蚁呈现双条带，2个Sb/Sb工蚁显示纯合条带；2) 混合样本分型显示所有单后制群体仅出现SB条带，多后制群体均出现双条带；3) 10个单倍体雄性均正确显示单条带，8个二倍体雄性成功检出SB/Sb杂合状态。

【讨论】部分强调：该研究首次实现不依赖Gp-9的火蚁社会超基因分型，为后续Gp-9基因功能研究扫清技术障碍。特别值得关注的是，该方法能通过简单PCR检测二倍体雄性，为监测群体中"匹配交配"(match-mated)蚁后提供新工具。研究提出的indel分型策略可推广至其他具有超基因结构的物种（如鱼类、鸟类和社会性昆虫），为群体遗传学和进化生物学研究提供普适性技术方案。

这项研究的创新性体现在三个方面：首先，突破性地将分型靶标从单一Gp-9基因扩展至超基因区域其他位点；其次，将复杂的分型流程简化为单步PCR；最后，首次实现混合样本的社会形态快速判定。这些进展不仅为火蚁入侵生态学研究提供新工具，更为理解社会性进化中的超基因调控机制开辟了新途径。