染色体水平基因组揭示大虎头蜂(Vespa mandarinia)入侵适应与毒液进化机制

本研究为解决大虎头蜂(Vespa mandarinia)基因组资源匮乏问题，采用DNBSEQ、Oxford Nanopore和Hi-C技术完成其染色体级别组装（191.80 Mb/25染色体，BUSCO完整度99.5%），预测12,023个功能基因并揭示与近缘种V. velutina的基因组共线性。该成果为解析其嗅觉敏感度、毒液毒性（iVenomDB注释100个毒素基因）及飞行适应等入侵特性提供分子基础，对生态风险评估与药用毒液开发具有双重价值。

　　

在昆虫界令人闻风丧胆的大虎头蜂(Vespa mandarinia)，以其惊人的体型（最大个体体长6厘米）和致命毒液著称。这种原生于亚洲的顶级捕食者，近年来通过国际贸易等途径入侵北美和欧洲，其超强的环境适应能力与繁殖效率引发生态学家高度警惕。更令人担忧的是，人工养殖扩增的种群正加速其扩散——在云南，直径1.5米的巨型蜂巢已不罕见。尽管其毒液具有药用开发潜力，幼虫可作为高蛋白食物，但学界对其入侵成功的分子机制认知仍停留在形态观察层面，关键问题悬而未决：何种基因变异赋予其卓越的嗅觉定位能力？毒腺中哪些毒素蛋白协同作用产生致命效果？社会性行为如何通过基因组调控实现？

来自中国的研究团队在《Scientific Data》发表了突破性解决方案。他们整合二代测序(DNBSEQ)、三代纳米孔测序和Hi-C染色体构象捕获技术，首次获得包含25条染色体的高质量参考基因组（contig N50达9.57 Mb）。通过多组织转录组与跨物种比较分析，不仅揭示了毒素基因家族的扩张规律，还发现其与近缘种V. velutina存在染色体易位事件（如V. velutina的4号染色体对应大虎头蜂4号和17号染色体）。该基因组中预测的12,023个基因有99.84%获得功能注释，包括100个毒素相关基因获iVenomDB特异性标注，为后续毒液药物靶点筛选奠定基础。

关键技术方法包括：1）采用云南雄性个体样本进行多平台测序（DNBSEQ产出24.03 Gb/98.41% Q20，Nanopore获54.06 Gb/19,761 bp N50 reads）；2）NextDenovo初步组装后经Pilon校正，Hi-C数据将94.6%序列锚定至染色体；3）结合MAKER3与SNAP等工具进行基因预测，通过8个生物数据库完成功能注释；4）基于BUSCO评估显示基因组完整度达99.5%，基因集完整度98.5%。

【基因组特征】

组装结果显示191.80 Mb基因组中28.1%为转座元件(TEs)，其中逆转录转座子占3.4%。最长的1号染色体达20.67 Mb，25条染色体长度呈现梯度分布（2.81-20.67 Mb）。

【功能注释】

在11,541个注释基因中，89.38%与Swiss-Prot数据库匹配，21.42%涉及毒素靶点(T3DB)。特别值得注意的是，嗅觉受体基因家族呈现显著扩张，这与其野外追踪猎物的行为特征高度吻合。

【比较基因组学】

与V. velutina的共线性分析显示，两物种间存在大规模保守区块，但4号染色体的断裂重组暗示大虎头蜂在进化过程中经历了独特的基因组重塑事件。这种结构变异可能与其体型增大、毒性增强等表型相关。

这项研究构建了膜翅目昆虫中迄今最完整的基因组资源之一，其价值体现在三个维度：首先，染色体级别组装为解析社会性昆虫的进化路径提供新线索——例如在调控级联中，保幼激素相关基因的拷贝数变化可能解释其独特的阶级分化模式；其次，毒素基因的精准注释（如磷脂酶A₂家族成员）将加速镇痛药物研发；最后，入侵种群的基因组监控可基于本研究建立的分子标记，预测其扩散路径。正如作者团队强调，该成果对平衡"生态威胁"与"资源利用"这对矛盾体具有战略意义，未来可通过基因组编辑等手段定向弱化野外种群的攻击性，同时保留养殖种群的药用价值。