实验室条件下白纹伊蚊近交系世代中杂合性增加与平衡选择的基因组证据

本研究针对城市疟疾媒介白纹伊蚊（Anopheles stephensi）在实验室近交150代过程中，通过全基因组测序（WGS）和β统计分析方法，发现其通过平衡选择维持了与碳水化合物代谢（ASTEI10474）和化学感受（ASTEI04623/04624）相关的基因多态性，为理解蚊媒适应性进化提供了新视角。

　　

随着城市化进程加速和杀虫剂广泛使用，白纹伊蚊（Anopheles stephensi）作为主要城市疟疾媒介，展现出惊人的环境适应能力。这种原生于南亚和阿拉伯半岛的蚊种，近十年已扩散至非洲多国，甚至威胁到已消除疟疾的斯里兰卡。其在高污染水体中的繁殖能力及对高温的耐受性，使得传统防控手段面临严峻挑战。在这一背景下，印度国家疟疾研究所（ICMR-National Institute of Malaria Research）的研究团队通过长达150代的实验室近交实验，揭示了该蚊种通过基因组平衡选择维持生存优势的分子机制。

研究人员采用Illumina NextSeq550平台对0（野生型）、25、50、75、100、125和150代近交个体进行全基因组测序，通过Tajima's D和βScan分析筛选平衡选择信号。关键发现包括：1）近交系数（F）在150代出现负值，表明杂合度反常增加；2）Tajima's D值（2-3.8）显示碳水化合物代谢基因ASTEI10474（α-甘露糖苷酶同源物）和化学感受受体基因ASTEI04623/04624（味觉受体同源物）存在显著平衡选择；3）这些基因多态性可能与实验室葡萄糖饮食的适应性进化相关。

主要技术方法

研究团队从印度果阿地区采集野生白纹伊蚊，建立单雌系近交群体。每25代选取个体进行全基因组测序，使用BWA-mem2比对和VarScan2变异检测，通过βScan分析 scaffolds水平的选择信号，结合g:Profiler进行基因功能注释。

研究结果

单核苷酸变异分析

各世代样本的错义/无义/同义突变分布相似（图1），表明近交未导致显著遗传负荷积累。

近交系数分析

150代个体出现负近交系数（F=-0.02，图2A），提示平衡选择维持了关键基因座杂合性。

平衡选择基因特征

βScan鉴定出ASTEI01081（未表征逆转录转座子）、ASTEI10474（参与甘露糖代谢）和ASTEI04623/04624（味觉感知）等基因（图3）。其中ASTEI10474与牛溶酶体α-甘露糖苷酶（1o7d_A）具有50%同源性，可能参与葡萄糖利用调控。

讨论与意义

这项发表于《BMC Genomics》的研究首次揭示：1）实验室近交白纹伊蚊通过平衡选择主动维持代谢和感官相关基因多态性；2）ASTEI10474的进化保守性暗示其在糖类代谢中的核心作用；3）化学感受受体基因（如Gr59f同源物ASTEI04623）的持续多态性可能反映其对人工饮食的感官适应。这些发现为理解蚊媒环境适应机制提供了新靶点，未来可通过CRISPR/Cas9技术验证这些基因在野外种群中的功能，为开发新型防控策略奠定基础。