摘要
在农业生态系统中，强烈的选择压力促使物种进行适应并扩散，往往导致害虫的进化与持续存在。了解害虫如何快速适应，有助于制定可持续的害虫管理策略，并改善农业生态系统的健康。害虫的适应过程涉及DNA序列的稳定变异以及基因表达的动力学变化，这些变化通常由非编码调控元件介导。我们研究了大豆蚜（Aphis glycines）对植物防御的适应，其中致病性蚜虫已成功克服植物防御，而非致病性蚜虫则未能做到这一点。先前的实验室种群数据显示，致病性蚜虫具有更高的整体基因表达水平，包括转座子，其中一些转座子会影响基因调控。然而，我们缺乏关于自然种群中的遗传变异如何影响适应（可能通过基因调控）的信息。我们将野外采集的大豆蚜种群的群体基因组扫描结果与致病性和非致病性实验室种群的基因表达谱相结合，以揭示遗传分化与致病性相关的基因调控之间的联系。基因组扫描方法在野外采集的种群中发现2144个具有显著遗传分化的单核苷酸多态性（SNPs，即离群值）。这些SNPs位于1004个基因附近，占有效基因数的5.16%。根据先前的实验室种群RNA-Seq数据，我们发现3160个基因和147个长链非编码RNA（lncRNAs）在致病性和非致病性生物型之间存在差异表达。通过整合这两组数据，我们鉴定出16个基因和5个长链非编码RNA，它们具有差异表达且与离群SNP（10 kbp范围内）相关联。我们使用额外采集的野外蚜虫对SNPs进行了验证，发现了一个致病性比实验室致病性种群更强的蚜虫克隆，该克隆能在2种不同的抗蚜大豆品种上存活。与我们的非致病性种群和其他致病性种群相比，这一新的致病性克隆在9个SNP位点存在固定等位基因差异。与野外采集的非致病性蚜虫相比，与该新的致病性克隆表型相匹配的野外采集大豆蚜虫在3个与锌转运和lachesin相关的基因附近的离群SNP上显示出显著的遗传分化。我们的全部数据进一步强调了通过多基因响应克服植物防御的重要性，并为昆虫-植物相互作用中复杂的遗传和调控机制提供了新的见解。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
数据可用性声明
用于处理Aphis glycines合并测序（pooled-seq）数据的流程可在https://github.com/vitorpavinato/AglyPoolseq获取。重现本文分析所需的所有脚本也可在该流程页面找到。全基因组和转录组数据已存入NCBI数据库，登录号为：PRJNA312843（Wenger等人2020）和PRJNA598670（Yates-Stewart等人2020）。注释后的VCF文件、在致病性大豆蚜基因组v2.1上的Ya基因和lncRNAs注释以及用于lncRNA表达分析的读段计数表可在zenodo获取（https://zenodo.org/records/8341943）。
