从宏观到微观：埃及伊蚊及其近缘物种的从头基因组揭示比较基因组学新见解

本研究针对埃及伊蚊(Aedes aegypti)参考基因组AaegL5存在的地理来源不明和实验室近交系局限性问题，通过PacBio HiFi测序技术首次构建了来自布基纳法索野生型埃及伊蚊(Aaf)和毛里求斯近缘种Ae. mascarensis(Am)的染色体级别基因组。研究发现Aaf基因组存在多个与生态适应性相关的大片段倒位，揭示了伊蚊族(Aedini)内保守而族间多变的染色体进化模式，为理解蚊媒疾病传播的分子机制提供了重要资源。

　　

在热带和亚热带地区，埃及伊蚊(Aedes aegypti)作为黄热病、登革热、寨卡病毒和基孔肯雅热的主要传播媒介，其生物学特性研究对全球公共卫生具有重要意义。虽然2018年发布的AaegL5参考基因组为相关研究提供了重要基础，但该基因组源自实验室近交品系，其遗传多样性严重受限，且原始地理来源不明。更关键的是，非洲原生亚种Ae. aegypti formosus(Aaf)与全球入侵型Ae. aegypti aegypti(Aaa)在生态习性、宿主偏好等方面存在显著差异，这使得基于实验室品系的研究结论可能无法准确反映野生种群的生物学特性。

针对这一研究空白，加拿大卡尔加里大学(University of Calgary)兽医系的研究团队联合耶鲁大学等国际机构，采用第三代测序技术对两种关键蚊种进行基因组解析。研究首次对西非布基纳法索采集的野生Aaf个体和印度洋毛里求斯的近缘种Ae. mascarensis(Am)进行单个体PacBio HiFi测序，结合Hi-C染色体构象捕获技术，成功构建了两个高质量的染色体级别基因组组装。这些基因组资源为理解蚊虫基因组进化规律和疾病传播的分子基础提供了全新视角。

关键技术方法包括：1)采用PacBio HiFi长读长测序技术对单只蚊虫进行全基因组测序；2)利用Hi-C技术进行染色体支架构建；3)开发asmidx评估系统优化基因组组装流程；4)通过比较基因组学分析基因家族扩张和染色体重排事件；5)采用功能注释和基因本体(GO)分析揭示适应性进化特征。

基因组组装质量评估
研究团队通过比较四种组装软件和两种纯化程序的组合，最终确定HiCanu+ph方案最适合Aaf组装，而hifiasm+ph方案最优于Am组装。经Hi-C支架化后，Aaf基因组N50提升82倍达到39.859 Mbp，BUSCO完整度达95.2%；Am基因组N50提升30倍至42.609 Mbp，BUSCO完整度91%。两个基因组的连续性和完整性均与AaegL5参考基因组相当。

重复序列与基因注释特征
结构注释显示Aaf和Am的重复序列占比达79%，其中LTR反转录转座子在AaegL5中占比30%，而在两个新组装中约为20%。三个基因组均显示近期转座子活跃的特征，序列差异峰值出现在1-5%之间。基因预测发现Aaf含17,672个基因，其中17%为单外显子基因，与AaegL5(18,580个基因)的基因结构特征相似。

染色体结构变异分析
与AaegL5相比，Aaf基因组显示出87%的共线性，同时鉴定出175个倒位(总计44 Mbp)和870个易位(4.2 Mbp)。特别在1号染色体1p34和1q42位置发现两个大片段倒位(分别长1.63 Mbp和1.84 Mbp)，这些区域包含气味受体Or4、热休克蛋白、细胞色素P450等与生态适应相关的基因。

跨物种比较基因组学
通过分析12个蚊虫基因组(包括8个库蚊科和1个沙蝇外群)，研究发现伊蚊族(Aedini)内染色体2和3的臂关联高度保守，而按蚊亚科(Anophelinae)和库蚊族(Culicini)则表现出频繁的整臂易位。基因家族进化分析显示，伊蚊族整体呈现基因家族扩张趋势，其中AaegL5扩张最多(698个)，Aaf(363个)和Am(493个)次之。

功能基因组学发现
GO分析将646个生物学过程术语聚类为11类，显示三个基因组在RNA转录相关通路最为富集。值得注意的是，虽然功能类别相似，但具体扩张的基因家族在各基因组中存在差异，反映了局部适应特征。倒位区域内鉴定出的E3泛素连接酶(RNF19B/RNF126)可能与黄病毒易感性相关，而气味结合蛋白(Obp56a/d)和离子通道(Shaker/NaCh)基因则涉及宿主定位的神经信号传导。

研究还意外在Aaf中发现了1.59 Mbp的立克次体(Rickettsia)内共生菌序列，与床虱(Cimex lectularius)中的菌株相似度达99.89%，这为研究蚊虫与微生物互作提供了新线索。

这项研究的突破性发现主要体现在三个方面：首先，创建了首个非洲原生型埃及伊蚊的高质量基因组资源，弥补了现有参考基因组的局限性；其次，通过多尺度比较分析揭示了伊蚊族独特的染色体进化保守性，为理解蚊虫基因组结构演化提供了新视角；最后，鉴定出的倒位区域和扩张基因家族为解析蚊虫生态适应和疾病传播能力的分子基础指明了新方向。这些基因组资源将推动蚊媒传染病防控策略的精准化发展，并为节肢动物适应性进化研究树立了新的技术标杆。