染色体水平基因组组装揭示锹甲Odontolabis cuvera的进化与生态适应机制

本研究通过整合PacBio HiFi、Illumina和Hi-C技术，首次完成锹甲科物种Odontolabis cuvera染色体水平基因组组装（908.07 Mb，14条染色体），填补了金龟总科(Scarabaeoidea)基础分支基因组资源的空白。研究人员鉴定出53%重复序列和18,332个蛋白编码基因，BUSCO评估显示99.1%完整性，为揭示锹甲独特形态（如雄性夸张型大颚）的进化机制及朽木分解生态功能提供关键分子基础。

　　

在昆虫王国中，锹甲科(Lucanidae)以其夸张的形态和独特的生态角色始终吸引着科学家目光。雄性个体标志性的大颚不仅是性选择产物，更在森林物质循环中扮演关键角色——幼虫通过分解朽木促进养分循环，成虫取食树液的行为影响植物传粉。然而作为金龟总科(Scarabaeoidea)最基部分支，该科基因组资源长期匮乏，阻碍了对其进化机制和生态适应性的深入探索。信阳师范学院地理科学学院的研究团队选择亚洲特有物种Odontolabis cuvera为研究对象，在《Scientific Data》发表首个染色体水平锹甲基因组，为揭开这类"森林工程师"的分子奥秘奠定基础。

研究采用多组学技术联用策略：通过PacBio HiFi长读长(61.02x覆盖度)结合Illumina短读长(93.26x)进行初始组装，利用Hi-C数据(97.36x)将90%序列锚定至14条染色体。样本采自中国云南的雌性个体，经严格质量控制后，采用Hifiasm和3D-DNA进行基因组拼接与染色体构建。

【Genome assembly】最终获得908.07 Mb基因组， scaffold N50达65.36 Mb，包含18,332个蛋白编码基因。通过k-mer分析估算基因组大小约900-906 Mb（图1），与实测结果高度吻合。

【Genome annotation】重复元件占比53%，其中DNA转座子(13.19%)和LINEs(9.55%)最为丰富（表4）。基因注释显示平均基因长度10,552 bp，含5.4个外显子，通过OrthoDB等数据库比对确认98.8%的保守基因完整性。

【Technical Validation】质量评估显示：PacBio reads比对率99.99%，BUSCO完整性99.1%（单拷贝98.3%），证实组装高度准确（表2）。染色体热图显示清晰的交互信号（图2），环形图谱直观展示GC含量、基因密度等特征（图3）。

该研究首次建立锹甲染色体水平参考基因组，揭示其重复序列扩张可能与形态多样性相关。14条染色体中最大为94.68 Mb（Chr01），最小49.09 Mb（Chr14）（表3），为比较基因组学研究提供重要坐标。研究者特别指出，53%的重复序列比例显著高于多数昆虫，可能解释锹甲快速表型进化现象。

这项成果突破性地解决了锹甲科基因组资源短缺问题，为后续研究提供三大支撑：1) 解析雄性二态性发育的Hox基因调控网络；2) 揭示朽木分解相关的纤维素酶基因家族进化；3) 建立甲虫基部类群与金龟总科其他物种的基因组比较框架。随着更多锹甲基因组测序完成，这套数据将助力解开昆虫极端形态进化与森林生态功能的分子密码。