基于扩增子测序的SNP分析揭示森林害虫杆状病毒的遗传结构及其在生物防治中的应用

本研究针对森林害虫舞毒蛾(Lymantria dispar)的专性病原体——舞毒蛾多核型多角体病毒(LdMNPV)的种群遗传结构这一科学问题，通过开发基于扩增子的新一代测序(aNGS)技术，在巴伐利亚森林地区采集的70个幼虫样本中鉴定出21个高特异性单核苷酸多态性(SNP)位点。研究发现LdMNPV存在三个主要遗传簇(A、B、C)和八个纯亚型，并建立线性优化模型解析混合感染样本的基因型组成。该研究为理解杆状病毒自然种群动态提供了新方法，同时发现当地病毒株与商用生物农药Gypchek高度相似，为生物防治策略优化提供了重要依据。

　　

森林生态系统中，舞毒蛾(Lymantria dispar)作为毁灭性害虫，其周期性爆发可导致落叶林大面积损毁，仅北美地区年损失就高达32亿美元。这种害虫的自然控制因子——舞毒蛾多核型多角体病毒(Lymantria dispar multiple nucleopolyhedrovirus, LdMNPV)常引发流行病，但其种群遗传结构长期缺乏有效研究手段。传统方法如全基因组测序成本高昂，而基于保守基因(如lef-8/lef-9)的分析又难以区分地理隔离株。2018-2019年巴伐利亚森林爆发舞毒蛾灾害后病毒介导的种群崩溃现象，为解析LdMNPV自然种群动态提供了独特契机。

Christian Oehlmann和Jiangbin Fan等研究人员在《Virus Evolution》发表的研究中，开发了创新的扩增子测序(aNGS)策略。通过全基因组测序筛选出15个候选基因区域，最终优化出5个覆盖21个SNP位点的标记区域(ORF5 mucin-like蛋白、ORF88 gp41、ORF92 vp39、ORF130 f蛋白和ORF145 sod)。对70个单幼虫样本进行aNGS分析后，采用主成分层次聚类(HCPC)和线性编程模型，首次量化了自然条件下LdMNPV的基因型混合模式。

关键技术包括：1) 从巴伐利亚12个森林位点采集488头幼虫建立样本库；2) 通过Illumina全基因组测序鉴定2,648个SNP位点；3) 纳米孔测序验证15个候选扩增子；4) 开发基于21个SNP的aNGS分析流程；5) 建立线性优化模型解析混合感染样本的基因型比例。

研究结果

选择信息性SNP标记

全基因组测序揭示LdMNPV-Gyp(商用产品Gypchek)与三个当地分离株(SB/SU/SZ)存在2,648个变异位点。HCPC分析显示，仅需5个扩增子(含21个SNP)即可重现全基因组数据的聚类模式，其中ORF5 mucin-like蛋白基因的SNP分布最具鉴别力。

野外病毒样本分析

70个阳性样本中，37%为单一基因型感染，63%呈现基因型混合。HCPC将样本分为三簇：A簇(49样本)与LdMNPV-Gyp高度相似，B簇(13样本)和C簇(14样本)代表新发现的本地株系。地理分布分析显示A.1亚型主导北部森林，而A.4亚型在南部占优(p<0.0001)。

亚型组成的线性建模

建立的线性规划模型可解释92%样本的SNP分布，最大误差<10%。模型显示LdMNPV-Gyp由五种亚型(A.1/A.3/A.4/B.2/C.1)组成，而当地分离株SU呈现B.2与B.3的50:50混合模式。比较三种测序方法证实，Illumina aNGS与全基因组数据一致性最高。

讨论与意义

该研究突破了传统杆状病毒种群研究的三大局限：1) 首次实现单幼虫样本直接测序，避免实验室传代导致的基因型偏移；2) 建立的21-SNP标记体系将测序成本降低85%；3) 线性优化模型为复杂病毒群体定量分析提供新范式。发现当地病毒株与北美商用产品Gypchek的遗传相似性，暗示该生物农药可能源自欧洲株系，这为跨境虫害治理提供了分子流行病学证据。

研究建立的aNGS监测框架，将助力2027年预期爆发的舞毒蛾灾害中，实时追踪病毒-宿主协同进化。该方法可推广至其他昆虫病毒研究，为理解病原体适应性进化、评估生物防治产品生态风险提供通用技术平台。正如作者强调，这种"从SNP到种群动态"的研究策略，将重新定义我们理解自然病毒群落结构的方式。