沃尔巴克氏体(Wolbachia)驱动的雄性瓶颈效应与锯蜂基因组选择：端粒到端粒基因组组装揭示宿主-共生体协同进化新机制

本研究通过端粒到端粒(T2T)基因组组装技术，首次解析了锯蜂Analcellicampa danfengensis及其共生菌Wolbachia的完整基因组，揭示了Wolbachia感染导致的雄性稀缺性引发的"周期性雄性瓶颈效应"。研究发现感染种群中雄性有效种群大小(Ne)显著降低，并通过基因组扫描鉴定出与生殖功能、感官知觉和神经发育相关的正向选择基因，为宿主-共生体协同进化提供了直接基因组证据，对害虫防控策略具有重要指导意义。

　　

在自然界错综复杂的共生关系中，沃尔巴克氏体(Wolbachia)作为最广泛分布的胞内共生菌之一，以其独特的生殖操纵能力闻名于世。这种属于α-变形菌纲(α-proteobacteria)的微生物，能通过细胞质不亲和、孤雌生殖诱导、雌性化和杀雄等机制，感染全球约66%的昆虫物种。然而，尽管实验室研究已积累大量数据，这种共生关系在自然环境中对宿主进化的长期影响，特别是对性别决定和生殖过程干扰引发的基因组后果，仍存在显著认知空白。

针对这一科学问题，研究人员以危害樱桃属(Cerasus spp.)果实的锯蜂Analcellicampa spp.为研究对象，这种膜翅目昆虫具有单倍二倍体(haplodiploidy)特性——雄性由未受精卵(单倍体)发育而成，雌性来自受精卵(二倍体)。研究团队收集了中国境内6个物种89个个体，通过建立基于二代测序数据的分析流程，发现其中3个物种存在Wolbachia感染，且感染种群表现出极端的雄性稀缺现象。这一独特系统为探索Wolbachia寄生如何产生差异化的进化压力，以及如何导致共享种群历史在雄性和雌性基因组中呈现不同表现提供了理想模型。

研究采用PacBio HiFi、Oxford Nanopore长读长和Hi-C等技术，首次完成了锯蜂A. danfengensis(AD)的端粒到端粒(T2T)基因组组装，同时获得其共生Wolbachia(wAnd)的完整基因组。比较基因组学分析显示，Wolbachia感染种群展现出显著不同的人口统计学信号：未感染种群两性间具有相似信号，而感染种群中雄性的表观有效种群大小(Ne)明显更低，这反映了Wolbachia诱导的雄性稀缺性驱动的周期性雄性瓶颈效应。

关键技术方法包括：(1)采用Flye、Hifiasm和LJA多软件比较策略完成T2T基因组组装；(2)基于91个锯蜂个体的全基因组重测序数据(平均深度>20×)进行群体遗传分析；(3)运用PSMC和SMC++模型推断历史有效种群大小变化；(4)通过XP-CLR和π值差异分析鉴定正向选择区域；(5)结合GO富集和SIFT预测评估选择基因功能影响。

研究结果主要包含以下发现：

Assembly and annotation of the Analcellicampa danfengensis genome

成功构建211.14 Mb的染色体级别参考基因组，包含7条无间隙染色体，contig N50达22.39 Mb。BUSCO评估显示昆虫纲特异性基因完整度达99.85%，Hi-C互作图谱证实高质量染色体组装。

Assembly and annotation of the endosymbiotic Wolbachia in sawfly

获得1,236,102 bp的wAnd环状基因组，注释1,166个基因，GC含量35.14%。BUSCO评分(99.5%)与超群A(supergroup A)其他Wolbachia基因组相当，GC偏斜模式显示频繁基因组重排特征。

Population characterization and evolutionary history of sawfly

系统发育分析揭示6个遗传群体，感染种群AD与未感染近缘种AX形成姐妹群(dxy=0.017)。PSMC分析显示所有种群在约0.4 Mya和20 Kya经历两次瓶颈，但感染种群AD和AW的Ne下降最快。

Divergent demographic signals in male and female genomes reflect a Wolbachia-driven male bottleneck

PSMC和SMC++分析揭示感染种群中雌性Ne在70-200 Kya间急剧增加(峰值达雄性13倍)，而雄性Ne持续低迷。未感染种群(AX/AM)两性Ne轨迹一致，证实该现象为Wolbachia感染特有。

Genomic signatures of Wolbachia-induced changes in AD

基因组扫描鉴定出3.94 Mb选择区域含287个正向选择基因，显著富集于生殖发育(如Six4、Inx2)、感官系统(P=3.0×10^-4)和神经突触调控(P=2.7×10^-3)等功能。Cbl基因携带可能有害错义突变，暗示EGFR信号通路在宿主适应中的关键作用。

这项研究通过"周期性雄性瓶颈"模型，阐释了共生菌如何重塑宿主进化轨迹的分子机制。Wolbachia诱导的雄性稀缺性导致基因谱系通过雄性阶段时经历强烈瓶颈，加速等位基因融合，使得雄性基因组分析显示更低表观Ne。这种宿主-共生体互作不仅造成性别特异性选择压力，还通过改变关键生殖基因(如Six4)的进化动态，潜在影响宿主的性别决定途径。

研究成果对进化理论和害虫管理具有双重意义：一方面为微生物共生体驱动宿主基因组进化提供了直接证据，揭示了自然种群中宿主-共生体协同进化的基因组特征；另一方面提示Wolbachia在生物防治应用中可能产生的非预期进化后果，如目标种群遗传多样性降低和潜在的水平转移风险。该研究发表于《Communications Biology》，标志着对共生微生物进化影响力的认识迈入新阶段，为相关领域研究提供了高质量基因组资源和创新分析框架。