我科学家破译飞蝗基因组图谱

飞蝗为蝗虫的一种，是世界性的农业害虫，我国历史上的蝗灾几乎都是由飞蝗引起的。由中国科学院动物研究所康乐院士领衔，深圳华大基因研究院和中科院北京生命科学研究院等研究机构的科学家参与，共同绘制出了飞蝗的全基因组序列图谱，并基于基因组信息，揭示了飞蝗的食性、迁飞和群聚的奥秘。这一成果北京时间15日在线发表在《自然·通讯》上。

康乐介绍说，在目前已测序成功的所有动物基因谱图中，飞蝗基因组是最大的——是人类基因组的两倍多，大约是果蝇基因组的30倍。“经过评估，我们认为飞蝗基因组94%以上都被组装出来了。不仅如此，我们还绘制出了飞蝗的遗传图谱，44.7%的基因组序列已经定位到染色体水平。”

从基因角度揭开飞蝗特性的奥秘

在绘制出飞蝗基因组草图的基础上，科学家进一步揭示了飞蝗一些重要特性的奥秘。

比如，从基因角度解答了蝗灾的暴发机制。一般来说，飞蝗在自然界中是散居的，但有时它们又会聚集成群，给农业生产带来灭顶之灾。康乐介绍，他们发现飞蝗之所以会出现这种转变，可能与调控神经可塑性基因的变化有很大关系，“这些基因可能让飞蝗从‘散居者’变成‘群居者’，在控制飞蝗形成大的群体过程中发挥重要的功能”。

“飞蝗为什么主要以小麦等禾本科植物为食？这是因为在飞蝗基因组中，一类被称为糖苷键转移酶的代谢解毒酶类特别多，而这种酶可以降解禾本科植物中存在的特定次生代谢物。”

基因也能解释飞蝗强大的长距离飞行能力从何而来。康乐说：“脂肪酸是大多数长距离飞行昆虫的能量物质，而飞蝗之所以一次能够飞行上千公里，甚至跨越大西洋，是因为飞蝗基因组中参与脂肪酸合成、转运和代谢过程的许多基因都发生了明显扩张，组成了非常高效的能量供应体系。”

让低毒农药开发成为可能

飞蝗基因组图谱的绘制成功，让开发更高效、低毒的新型农药成为可能。“飞蝗对农药的抗药性很低，当蝗灾暴发时，人们往往采取飞机喷洒农药的方式灭蝗，效果不错。但这种方法有很大的副作用，对环境有一定危害，对其他昆虫，甚至人类都可能有害处。”康乐说，“蝗虫是生物链上基础的一环，是很多鸟类的食物。我们不是要灭绝蝗虫，而是要它们不集结成群。”

康乐研究团队接下来的工作之一，就是研制干扰飞蝗群居行为的行为调节剂。“这种类似于信息素的新型药物只针对蝗虫，不会对环境或其他生物产生影响。”康乐介绍，通过生物信息学的方法，他们已经预测了51个潜在的药物靶点基因，用于后续药物筛选工作。

作为一种遗传学研究的模式动物，搞清楚飞蝗的基因组对生命科学和生物医学的发展也有重要作用。

“从简单推演复杂，是生命科学和生命医学的一种重要方法。”康乐介绍，比如科学家们在果蝇和斑马鱼身上找到的致病基因，不少可以在人类基因组中找到相应的表达。康乐说：“我们在研究中发现，蝗虫在低氧条件下的适应情况几乎与人类一样。相信随着飞蝗基因组的绘制成功，蝗虫将为研究人类疾病和行为的生物医学模型奠定重要的基础。”（记者 齐 芳）