气候适应驱动下的库蚊遗传分化机制研究——基于全基因组关联分析揭示西尼罗河病毒媒介的生态进化策略

本研究针对西尼罗河病毒主要媒介——库蚊（Culex tarsalis）的生态适应机制，通过构建高质量参考基因组和RAD-seq测序技术，对北美28个地理种群300余个体进行景观基因组学分析。研究人员发现温度、蒸发量和植被密度等环境因子显著影响种群遗传结构，并鉴定出与昼夜节律基因PER相关的非同义突变等关键适应性位点。该成果发表于《Genome Biology and Evolution》，为预测病媒蚊在气候变化下的扩散趋势提供了分子依据。

　　

随着全球气候变化加剧，蚊媒传染病如西尼罗河病毒(WNV)的传播范围持续扩大，其中库蚊（Culex tarsalis）作为北美地区WNV主要传播媒介，其生态适应机制却长期缺乏基因组层面的解析。传统研究显示该蚊种存在与地理隔离不符的遗传分化模式，暗示环境选择压力可能驱动其适应性进化。为揭示这一关键病媒生物的扩散机制，美国北卡罗来纳大学夏洛特分校（University of North Carolina at Charlotte）联合美国农业部等机构的研究团队，通过多学科交叉方法系统研究了环境因素与遗传变异的关联。

研究团队首先构建了N50达451,230 bp的高质量基因组，注释出43,905个基因，较既往组装提升显著。通过对28个地理种群322个个体的RAD-seq数据分析，发现种群明显分化为四大地理集群：西海岸、西南部、西北部和中西部。混合模型分析显示地理距离（Mantel统计量0.5661, p<0.001）是遗传分化的主要驱动力，但冗余分析（RDA）仍检测到3.1%的遗传变异由环境因素解释（R²_adj=0.0309）。其中蒸发量、植被指数和温度对遗传结构影响最为显著，而昼夜节律基因PER中鉴定出的有害突变（SIFT预测）可能通过调控滞育行为促进种群跨区域扩张。

关键技术方法包括：1）PacBio长读长测序组装参考基因组；2）跨北美28个位点的种群采样（2012年4-10月）；3）限制性位点关联DNA测序（RAD-seq）获取457,387个SNP；4）景观基因组学结合LFMM和RDA分析基因-环境关联；5）BayeScan和PCAdapt检测选择信号。

【基因组分析】
新组装的968Mb基因组显示88.2%的BUSCO完整性，发现PER等关键基因在东西部种群中存在频率差异。

【种群结构】
ADMIXTURE分析（K=4）揭示地理集群间F_ST达0.14-0.20，西北部种群呈现过渡性混合特征。

【基因-环境关联】
RDA鉴定822个环境关联SNP，其中658个位于编码区。PER基因非同义突变与温度梯度显著相关，而脂肪代谢基因Ct.00g154760可能调控能量储备以适应气候波动。

【选择信号】
BayeScan检测到1,836个正选择位点，与RDA结果重叠的24个基因中，包括影响取食行为的DPR基因（Ct.00g095350）和精液蛋白基因（Ct.00g030230）。

这项研究首次在基因组尺度揭示库蚊适应异质环境的分子机制，特别是PER基因变异为解释其跨越落基山脉的越冬能力提供了关键线索。发现的适应性位点可作为监测种群扩张的分子标记，为预测气候变化下病媒传播风险提供理论框架。该成果对制定区域性蚊媒防控策略具有重要指导价值，也为理解物种快速适应机制提供了新模式。