染色体水平亚洲蜜蜂(Apis cerana Koreana)基因组混合组装揭示社会性昆虫进化与保护遗传学新见解

本研究针对亚洲蜜蜂(Apis cerana)种群衰退问题，韩国仁川国立大学团队采用纳米孔长读长与Illumina短读长混合测序技术，完成首个近完整染色体水平组装AcerK1.0（223 Mbp，16条染色体）。通过BUSCO评估显示97.9%基因完整性，鉴定出30个与西方蜜蜂(A. mellifera)的结构变异，发现4种新型端粒重复模式(TTAGG/CCAGG等)，并解析线粒体基因组(15,890 bp)的东亚种群分化特征。该研究为蜜蜂社会行为遗传机制和抗逆性育种提供关键基因组资源。

　　

亚洲蜜蜂(Apis cerana)作为东亚地区重要的传粉者，其种群正面临农药滥用、气候变化和传染病的严重威胁。这种具有复杂社会行为的昆虫，其群体决策机制和分工系统的遗传基础仍不清楚。更严峻的是，与西方蜜蜂(A. mellifera)相比，亚洲蜜蜂虽具有更强的抗寒性和抗螨能力，但缺乏高质量的基因组资源阻碍了相关保护遗传学研究。现有基因组组装存在基因缺失、重复序列不完整等问题，特别是端粒(Telomere)和着丝粒(Centromere)等关键区域尚未解析，限制了对其染色体稳定性和环境适应机制的研究。

为解决这些问题，仁川国立大学融合研究中心昆虫媒介研究所的研究团队在《Scientific Reports》发表了染色体水平的亚洲蜜蜂韩国亚种(Apis cerana koreana)基因组组装。他们创新性地结合牛津纳米孔技术(ONT)长读长(平均4,324 bp)和Illumina短读长测序，采用NextDenovo等四款组装软件并行分析，最终获得包含16条染色体(217 Mbp)的AcerK1.0基因组。研究还利用荧光原位杂交(FISH)验证着丝粒标记AvaI的分布，通过最大似然法构建线粒体基因组系统发育树，并开发新型K-mer分析方法解析端粒重复序列特征。

基因组组装质量评估
研究团队通过混合组装策略将contig N50提升至12.26 Mb，较前代组装提高8.6倍。BUSCO评估显示97.9%的膜翅目保守基因完整性，RNA-seq比对率高达99.2%。特别值得注意的是，通过FMLRC校正的长读长数据将缺口(gap)数量从102个减少到12个，成功填补了503个N碱基。与西方蜜蜂参考基因组Amel_HAv3.1比较发现，94.4%区域保持共线性，但存在30处倒位，最大倒位位于LG7(1.788 Mb)。

线粒体基因组与种群分化
从污染序列中提取的15,890 bp完整线粒体基因组(OR936096)包含13个蛋白编码基因和22个tRNA。系统发育分析揭示韩国亚种与俄罗斯(ussuriensis)、日本(japonica)种群形成远东分支，与中国A. cerana cerana明显分化。线粒体控制区(AT-rich region)的48 bp低覆盖区域被确认为污染序列，该发现为东亚蜜蜂种群遗传研究提供了准确标记。

染色体结构特征解析
研究首次在蜜蜂中发现四种端粒重复模式：传统的TTAGG型(7条染色体)、新型CCAGG型(7条染色体)、LG12特有的17-mer串联重复(TCAGGTGGGTTCAGGGG)_n以及LG16的混合型。通过FFP(Feature Frequency Profile)分析显示，LG12端粒区存在83.16%保守度的特殊重复阵列。着丝粒区域鉴定出627个AvaI重复序列，FISH实验证实其在9条染色体上的簇状分布模式，与西方蜜蜂相比，A. cerana的LG11着丝粒区重复序列数量增加179%。

重复元件与基因注释
基因组中11.98%为重复序列，显著高于先前报道。DNA转座子(4.25 Mb)中Tc1/Mariner超家族占比最高，发现以往未报告的SINE元件。基因预测获得12,645个蛋白编码基因，其中91.09%获得功能注释。通过Liftoff工具将97.29%的AcSNU-v2.0注释基因映射到新组装，揭示出与抗逆性相关的基因家族扩张。

这项研究创建的AcerK1.0基因组填补了亚洲蜜蜂高质量参考基因组的空白，其创新性体现在：1)首次在蜜蜂中发现CCAGG型端粒和17-mer特殊重复结构，为染色体进化研究提供新视角；2)通过实验验证的结构变异揭示韩国亚种独特的环境适应机制；3)开发的混合组装策略为其他复杂基因组研究提供技术范本。这些成果不仅有助于解析蜜蜂社会行为的分子基础，也为制定针对螨虫抗性和气候变化适应的保护策略奠定了遗传学基础。特别是发现的端粒多样性模式，可能成为评估蜜蜂种群健康的新生物标志物。