张蔚课题组与合作者构建高质量玉米螟泛基因组，揭示基因渐渗与适应性演化机制
发布时间: 2026-08-10 10:05:33
近缘类群间的基因流如何影响物种分化与环境适应，是演化生物学的重要科学问题。随着长读长测序技术的发展，复杂结构变异的鉴定精度不断提高，而基于多个高质量基因组构建的泛基因组进一步拓展了对物种内部和物种间遗传变异的解析能力，为揭示基因流背景下的物种分化、适应性演化及表型多样性遗传基础提供了新的研究框架。
亚洲玉米螟（Ostrinia furnacalis）和欧洲玉米螟（Ostrinia nubilalis）是具有重要经济影响的全球性农业害虫。欧洲玉米螟广泛分布于欧洲和北美，亚洲玉米螟主要分布于东亚及澳大利亚等地区。新疆伊犁地区长期被认为是两者的主要同域分布区，而近期研究发现欧洲玉米螟可能已扩散至中国东部，为研究近缘物种间基因流、入侵扩散及适应性演化过程提供了一个理想的研究系统。
2026年8月7日，北京大学生命科学学院、基因功能研究与操控全国重点实验室、北大-清华生命科学联合中心张蔚研究组与合作者在Genome Biology上发表了题为“Pangenome analyses reveal divergence and extensive introgression in two global corn pests”的研究论文。该研究基于23个高质量基因组组装构建了玉米螟泛基因组，结合群体基因组分析揭示了亚洲玉米螟与欧洲玉米螟的遗传变异、种群历史及物种分化模式。研究发现两物种间存在广泛且不对称的基因渐渗，并鉴定出多个潜在的适应性渐渗信号。此外，性染色体具有低渐渗水平、大尺度倒位和高遗传分化特征，可能通过限制基因流在维持物种边界中发挥关键作用。
研究首先对采集自全球多个地理区域的亚洲玉米螟和欧洲玉米螟样本进行了基因组组装和重测序，并整合已有公共数据，构建了总长度约3Gb的玉米螟图形泛基因组，并系统鉴定了结构变异、插入缺失和单核苷酸多态性等遗传变异（图1）。进一步通过统一流程完成基因注释，解析了核心基因集、可变基因集和个体特异性基因集的组成。
图1.玉米螟基因组组装及基于图的泛基因组构建
进一步地，研究基于泛基因组对群体重测序数据进行了基因型鉴定。基于SV和SNP的群体遗传学分析一致表明，亚洲玉米螟与欧洲玉米螟构成两个遗传背景明确分离的类群。种群历史分析显示，两物种有效种群大小均在末次盛冰期前持续下降；此外，欧洲玉米螟中国种群经历了近期的强烈遗传瓶颈，与其快速扩张的分布范围相一致。跨物种建模表明两个物种约200万年前分化，并在此后持续存在基因流（图2）。
图2.玉米螟群体结构与演化历史
因此，研究进一步评估了欧洲玉米螟与亚洲玉米螟之间的基因渐渗。检验结果显示，大部分常染色体中均检测到了欧洲玉米螟中国种群与亚洲玉米螟之间的渐渗信号，而Z染色体则未检出。渐渗强度主要受欧洲玉米螟种群影响，而亚洲玉米螟种群影响较小。部分渐渗窗口与高遗传分化区域重叠，涉及嗅觉受体、代谢型谷氨酸受体和细胞色素P450等关键基因，其主要表现为由亚洲玉米螟向欧洲玉米螟的基因流动，提示其可能参与欧洲玉米螟中国种群的环境适应（图3）。
图3.欧洲玉米螟中国种群与亚洲玉米螟间存在基因渐渗
最后，研究解析了在持续基因流背景下亚洲玉米螟与欧洲玉米螟维持物种边界的遗传基础。结果显示，最强遗传分化区域位于Z染色体，其中欧洲玉米螟存在约15Mb的强连锁区域，与已报道的大片段倒位多态性一致。该区域在中国和美国欧洲玉米螟种群中具有不同的基因型分布，提示其可能参与地理种群分化。该区域富集正选择基因和昼夜节律相关通路，其中period基因在两物种间存在固定的结构变异。其功能缺失可影响玉米螟滞育表型，提示 per及其调控区域可能参与物种间表型差异与分化过程（图4）。
图4.Z染色体倒位与玉米螟物种间差异相关
中国农业科学院深圳农业基因组研究所，崖州湾国家实验室萧玉涛研究员、张蔚、美国塔夫茨大学Erik Dopman副教授为共同通讯作者。中国农业科学院深圳农业基因组研究所彭炎博士、北京大学生命科学学院张宇博博士、广西大学毛凯凯副教授、中国农业科学院深圳农业基因组研究所张竹亭博士、张磊副研究员、朱经云博士为共同第一作者。本研究得到了崖州湾国家实验室、国家自然科学基金、中国博士后科学基金、本源公益基金“青年PI助研金”、生物医学峰基金、北大-清华生命科学联合中心以及基因功能研究与操控全国重点实验室等资助。
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