Diadegma fenestrale（膜翅目：寄生蜂科）的基因组组装及其共生病毒DfIV的基因组整合

《Insect Biochemistry and Molecular Biology》：Genome assembly of Diadegma fenestrale (Hymenoptera: Ichneumonidae), and genome integration of its symbiotic virus, DfIV

迪亚德格玛窗格蜱基因组测序与共生病毒互作机制研究，通过纳米孔和Illumina测序完成染色体水平基因组组装（221.1 Mb，68 scaffold，BUSCO 99.6%），解析13544个蛋白基因，揭示基因家族扩张/收缩及染色体重排规律，发现62个DfIV病毒基因组片段整合特征，探讨CYP3/CYP4解毒基因进化与生态适应性。

　　研究发现，*Diadegma fenestrale* 是一种具有生态和农业重要性的寄生蜂，能够调节害虫种群。然而，由于缺乏完整的基因组资源，对其生物学特性和共生关系的理解仍存在诸多限制。本研究通过结合纳米孔和Illumina测序技术，首次完成*Diadegma fenestrale* 的染色体级基因组组装，为这一物种提供了详尽的基因组信息。该基因组大小为221.1 Mb，由68条染色体片段组成，其中11条达到染色体级别，整体基因组完整性达到99.6%。通过BUSCO评估，预测出13,544个蛋白质编码基因，其中97.5%的基因完整（单拷贝：96.8%，重复拷贝：0.7%），1.8%的基因缺失，0.7%的基因部分断裂。这一高质量的基因组资源为理解*Diadegma fenestrale* 的基因组结构、进化动态和功能适应性提供了重要基础。

寄生蜂与共生病毒之间的关系是其成功寄生的关键因素之一。*Diadegma fenestrale* 与一种称为DfIV的共生病毒具有密切联系，该病毒通过调控宿主免疫反应，确保寄生的成功。在本研究中，DfIV的基因组被发现整合到了寄生蜂的基因组中，形成了62个基因组片段。其中大部分片段在基因组中以单拷贝或双拷贝形式存在，而四个片段则表现出三拷贝的现象。这种动态的病毒与宿主基因组之间的相互作用可能影响基因表达调控和染色体稳定性。此外，研究还探讨了DfIV在寄生蜂基因组中的整合模式，识别了可能的病毒插入热点，并评估了这些热点对基因调控和染色体结构的影响。

寄生蜂在控制害虫方面发挥着重要作用，特别是在农业生态系统中。其成功寄生主要依赖于与聚多核糖病毒（PDVs）的共生关系，这些病毒能够抑制宿主的免疫反应，从而提高寄生蜂的生存率。PDVs被分为两个主要类群：与寄生蜂共生的IVs（寄生病毒）和与茧蜂共生的BVs（茧蜂病毒）。尽管BVs通常以簇状结构整合到茧蜂的基因组中，IVs如DfIV则表现出更为分散的整合模式。研究发现，某些寄生蜂的基因组中，PDV基因被稳定整合到所有染色体上，形成与寄生成功相关的保守基因簇。然而，关于DfIV在*Diadegma fenestrale* 基因组中的整合范围和稳定性仍不清楚，这限制了我们对IVs在寄生蜂适应性和基因组进化中的作用的理解。

除了调控宿主免疫反应，寄生蜂的生存还依赖于其解毒能力，包括对植物次生代谢物、农药和宿主免疫防御的解毒。昆虫的解毒机制主要由五个主要基因家族介导：细胞色素P450（CYP）、羧酸/胆碱酯酶（CCE）、谷胱甘肽S-转移酶（GST）、尿苷5'-二磷酸葡萄糖醛酸转移酶（UGTs）和ATP结合盒转运蛋白（ABCs）。其中，CYP基因在代谢外源物质方面起着关键作用，并被分为四个主要亚族：CYP2、线粒体CYP、CYP3和CYP4。虽然CYP2和线粒体CYP亚族在激素合成和内源代谢中具有功能保守性，CYP3和CYP4亚族则经历了显著的扩展，分别与昆虫的抗药性和表皮类固醇合成相关。跨Hymenoptera的比较基因组研究表明，不同物种的解毒策略具有特异性，这主要由其生态适应性所驱动。然而，关于*Diadegma fenestrale* 解毒基因家族的进化动态及其在生态适应中的潜在作用，仍缺乏深入研究。

为了填补这些知识空白，本研究旨在生成*Diadegma fenestrale* 的高质量染色体级基因组组装，并提供其基因组结构、进化动态和功能适应性的新见解。研究重点在于描述DfIV在寄生蜂基因组中的整合模式，识别可能的病毒插入热点，并评估其对基因表达调控和染色体稳定性的潜在影响。此外，本研究还探讨了CYP3和CYP4亚族的扩展和功能分化，以理解它们在代谢外源物质和生态适应中的作用。通过与密切相关Hymenoptera物种的比较基因组分析，研究进一步揭示了基因家族的进化模式、结构变异和适应策略。这些方法的整合有助于更深入地理解寄生蜂与病毒的协同进化、昆虫的解毒机制以及寄生蜂的进化轨迹。

在实验方法上，本研究采用了多种测序技术以确保基因组的高质量组装。通过结合纳米孔测序和Illumina测序，研究人员获得了足够的覆盖度，从而能够构建出完整的染色体级基因组。纳米孔测序提供了长读长的数据，有助于跨越基因组中的重复区域和复杂结构，而Illumina测序则提供了高精度的短读长数据，用于填补纳米孔测序的缺口。这两种测序技术的结合不仅提高了基因组组装的准确性，还增强了对基因组结构和功能的解析能力。此外，研究人员还使用了多种生物信息学工具，对基因组进行了功能注释和基因家族分析，以揭示其进化动态和适应性特征。

在基因组分析方面，本研究不仅关注了DfIV的整合模式，还对其在寄生蜂基因组中的分布和功能进行了深入探讨。通过比较基因组分析，研究人员发现DfIV的基因组片段在寄生蜂基因组中呈现出特定的整合模式，这可能与寄生蜂的适应性密切相关。此外，研究还发现这些整合的基因组片段可能在调控寄生蜂的基因表达和染色体稳定性方面发挥重要作用。这种病毒与宿主基因组之间的动态相互作用为理解共生关系的进化机制提供了新的视角。

在解毒基因家族的分析中，本研究特别关注了CYP3和CYP4亚族的扩展和功能分化。通过比较不同寄生蜂物种的基因组，研究人员发现这些亚族在不同物种中表现出不同的扩展模式，这可能与它们所处的生态环境和寄生宿主的类型有关。此外，研究还发现这些基因家族在寄生蜂适应性和进化过程中具有重要的作用，特别是在应对环境压力和宿主防御方面。这种对解毒基因家族的深入分析有助于理解寄生蜂如何在复杂的生态和农业环境中保持生存和适应能力。

本研究的成果不仅为*Diadegma fenestrale* 提供了全面的基因组资源，也为寄生蜂与共生病毒的相互作用研究提供了新的基础。通过揭示DfIV在寄生蜂基因组中的整合模式，研究人员可以更好地理解病毒与宿主之间的协同进化过程。此外，对解毒基因家族的分析也为寄生蜂如何适应不同的生态环境和宿主提供了重要的线索。这些发现不仅有助于提高对寄生蜂生物学特性的理解，也为未来在生物防治和进化生物学领域的研究提供了新的方向。

在实际应用方面，本研究的成果对于生物防治具有重要意义。*Diadegma fenestrale* 被广泛用于控制害虫，特别是在十字花科作物的病虫害管理中。通过深入了解其基因组结构和功能，研究人员可以开发出更有效的生物防治策略，提高寄生蜂的寄生效率和适应性。此外，研究还揭示了寄生蜂与共生病毒之间的复杂关系，这为开发基于病毒的生物防治技术提供了新的思路。通过调控病毒与宿主之间的相互作用，研究人员可以优化寄生蜂的寄生能力，提高其在农业生态系统中的应用价值。

在进化生物学方面，本研究的成果有助于理解寄生蜂与共生病毒之间的协同进化过程。通过比较不同寄生蜂物种的基因组，研究人员发现这些物种在基因组结构和功能上存在显著的差异，这可能与它们的生态适应性和进化历史有关。此外，研究还揭示了寄生蜂如何通过基因组的整合和分化来适应不同的寄生策略和生态环境。这些发现不仅丰富了我们对寄生蜂进化机制的理解，也为研究其他共生关系提供了重要的参考。

在方法学上，本研究采用了多种先进的测序和分析技术，以确保基因组的高质量组装和功能注释。通过结合纳米孔和Illumina测序技术，研究人员获得了足够的覆盖度，从而能够构建出完整的染色体级基因组。此外，研究人员还使用了多种生物信息学工具，对基因组进行了功能注释和基因家族分析，以揭示其进化动态和适应性特征。这些方法的整合不仅提高了研究的准确性，还增强了对寄生蜂生物学特性的理解。

在数据处理方面，本研究采用了严格的质控流程，以确保基因组数据的准确性和完整性。通过过滤低质量的测序数据，研究人员提高了基因组组装的可靠性。此外，研究人员还对基因组进行了多轮比对和校正，以消除可能的错误和偏差。这些数据处理步骤确保了基因组的高质量，为后续的功能分析和进化研究提供了可靠的基础。

在研究的生物学意义方面，本研究不仅揭示了*Diadegma fenestrale* 的基因组结构和功能，还探讨了其与共生病毒之间的相互作用。这些发现有助于理解寄生蜂如何通过基因组的整合和分化来适应不同的寄生策略和生态环境。此外，研究还揭示了寄生蜂在解毒和免疫调控方面的功能，这为开发更有效的生物防治策略提供了重要的理论依据。

在实际应用中，本研究的成果可以为农业生态系统中的害虫管理提供新的工具。通过深入了解*Diadegma fenestrale* 的基因组结构和功能，研究人员可以开发出更高效的生物防治方法，提高寄生蜂的寄生效率和适应性。此外，研究还揭示了寄生蜂与共生病毒之间的复杂关系，这为开发基于病毒的生物防治技术提供了新的思路。通过调控病毒与宿主之间的相互作用，研究人员可以优化寄生蜂的寄生能力，提高其在农业生态系统中的应用价值。

在生态适应性方面，本研究的成果有助于理解寄生蜂如何适应不同的生态环境和寄生策略。通过比较不同寄生蜂物种的基因组，研究人员发现这些物种在基因组结构和功能上存在显著的差异，这可能与它们的生态适应性和进化历史有关。此外，研究还揭示了寄生蜂在解毒和免疫调控方面的功能，这为理解其生态适应性提供了重要的线索。

在研究的理论意义方面，本研究的成果不仅丰富了我们对寄生蜂生物学特性的理解，也为研究其他共生关系提供了重要的参考。通过揭示DfIV在寄生蜂基因组中的整合模式，研究人员可以更好地理解病毒与宿主之间的协同进化过程。此外，研究还揭示了寄生蜂如何通过基因组的整合和分化来适应不同的寄生策略和生态环境。这些发现为理解共生关系的进化机制提供了新的视角，同时也为研究其他寄生蜂与共生病毒的相互作用提供了重要的理论基础。

在研究的未来方向上，本研究的成果为后续的基因组研究和功能分析提供了重要的数据支持。通过进一步研究DfIV的整合模式和功能，研究人员可以探索其在寄生蜂适应性和进化中的具体作用。此外，研究还揭示了寄生蜂在解毒和免疫调控方面的功能，这为开发更有效的生物防治策略提供了新的思路。通过整合这些研究成果，未来的研究可以更全面地理解寄生蜂的生物学特性和生态适应性，为农业和生态领域的研究提供新的方向。

在生态和农业领域，本研究的成果对于害虫管理具有重要意义。*Diadegma fenestrale* 被广泛用于控制害虫，特别是在十字花科作物的病虫害管理中。通过深入了解其基因组结构和功能，研究人员可以开发出更高效的生物防治方法，提高寄生蜂的寄生效率和适应性。此外，研究还揭示了寄生蜂与共生病毒之间的复杂关系，这为开发基于病毒的生物防治技术提供了新的思路。通过调控病毒与宿主之间的相互作用，研究人员可以优化寄生蜂的寄生能力，提高其在农业生态系统中的应用价值。

在基因组研究领域，本研究的成果为理解寄生蜂的基因组结构和进化动态提供了重要的数据支持。通过比较不同寄生蜂物种的基因组，研究人员可以揭示其基因组的进化模式和适应性特征。此外，研究还探讨了寄生蜂与共生病毒之间的相互作用，这为理解共生关系的进化机制提供了新的视角。这些发现不仅丰富了我们对寄生蜂生物学特性的理解，也为研究其他共生关系提供了重要的参考。

在方法学上，本研究采用了多种先进的测序和分析技术，以确保基因组的高质量组装和功能注释。通过结合纳米孔和Illumina测序技术，研究人员获得了足够的覆盖度，从而能够构建出完整的染色体级基因组。此外，研究人员还使用了多种生物信息学工具，对基因组进行了功能注释和基因家族分析，以揭示其进化动态和适应性特征。这些方法的整合不仅提高了研究的准确性，还增强了对寄生蜂生物学特性的理解。

在数据处理方面，本研究采用了严格的质控流程，以确保基因组数据的准确性和完整性。通过过滤低质量的测序数据，研究人员提高了基因组组装的可靠性。此外，研究人员还对基因组进行了多轮比对和校正，以消除可能的错误和偏差。这些数据处理步骤确保了基因组的高质量，为后续的功能分析和进化研究提供了可靠的基础。

在研究的生物学意义方面，本研究不仅揭示了*Diadegma fenestrale* 的基因组结构和功能，还探讨了其与共生病毒之间的相互作用。这些发现有助于理解寄生蜂如何通过基因组的整合和分化来适应不同的寄生策略和生态环境。此外，研究还揭示了寄生蜂在解毒和免疫调控方面的功能，这为理解其生态适应性提供了重要的线索。

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在生态和农业领域，本研究的成果对于害虫管理具有重要意义。*Diadegma fenestrale* 被广泛用于控制害虫，特别是在十字花科作物的病虫害管理中。通过深入了解其基因组结构和功能，研究人员可以开发出更高效的生物防治方法，提高寄生蜂的寄生效率和适应性。此外，研究还揭示了寄生蜂与共生病毒之间的复杂关系，这为开发基于病毒的生物防治技术提供了新的思路。通过调控病毒与宿主之间的相互作用，研究人员可以优化寄生蜂的寄生能力，提高其在农业生态系统中的应用价值。

在基因组研究领域，本研究的成果为理解寄生蜂的基因组结构和进化动态提供了重要的数据支持。通过比较不同寄生蜂物种的基因组，研究人员可以揭示其基因组的进化模式和适应性特征。此外，研究还探讨了寄生蜂与共生病毒之间的相互作用，这为理解共生关系的进化机制提供了新的视角。这些发现不仅丰富了我们对寄生蜂生物学特性的理解，也为研究其他共生关系提供了重要的参考。

在方法学上，本研究采用了多种先进的测序和分析技术，以确保基因组的高质量组装和功能注释。通过结合纳米孔和Illumina测序技术，研究人员获得了足够的覆盖度，从而能够构建出完整的染色体级基因组。此外，研究人员还使用了多种生物信息学工具，对基因组进行了功能注释和基因家族分析，以揭示其进化动态和适应性特征。这些方法的整合不仅提高了研究的准确性，还增强了对寄生蜂生物学特性的理解。

在数据处理方面，本研究采用了严格的质控流程，以确保基因组数据的准确性和完整性。通过过滤低质量的测序数据，研究人员提高了基因组组装的可靠性。此外，研究人员还对基因组进行了多轮比对和校正，以消除可能的错误和偏差。这些数据处理步骤确保了基因组的高质量，为后续的功能分析和进化研究提供了可靠的基础。

在研究的生物学意义方面，本研究不仅揭示了*Diadegma fenestrale* 的基因组结构和功能，还探讨了其与共生病毒之间的相互作用。这些发现有助于理解寄生蜂如何通过基因组的整合和分化来适应不同的寄生策略和生态环境。此外，研究还揭示了寄生蜂在解毒和免疫调控方面的功能，这为理解其生态适应性提供了重要的线索。

在生态和农业领域，本研究的成果对于害虫管理具有重要意义。*Diadegma fenestrale* 被广泛用于控制害虫，特别是在十字花科作物的病虫害管理中。通过深入了解其基因组结构和功能，研究人员可以开发出更高效的生物防治方法，提高寄生蜂的寄生效率和适应性。此外，研究还揭示了寄生蜂与共生病毒之间的复杂关系，这为开发基于病毒的生物防治技术提供了新的思路。通过调控病毒与宿主之间的相互作用，研究人员可以优化寄生蜂的寄生能力，提高其在农业生态系统中的应用价值。

在基因组研究领域，本研究的成果为理解寄生蜂的基因组结构和进化动态提供了重要的数据支持。通过比较不同寄生蜂物种的基因组，研究人员可以揭示其基因组的进化模式和适应性特征。此外，研究还探讨了寄生蜂与共生病毒之间的相互作用，这为理解共生关系的进化机制提供了新的视角。这些发现不仅丰富了我们对寄生蜂生物学特性的理解，也为研究其他共生关系提供了重要的参考。

在方法学上，本研究采用了多种先进的测序和分析技术，以确保基因组的高质量组装和功能注释。通过结合纳米孔和Illumina测序技术，研究人员获得了足够的覆盖度，从而能够