9月8日，林学院森林保护学科温俊宝教授团队在Molecular Ecology Resources杂志（中国科学院一区TOP）上发表了题为“Genomes of Two Monophagous Weevils and Their Host Plant Provide Insights Into Evolution of Plant Defence and Insect Counter-Defence”的研究论文，揭示了两种单食性象甲沟眶象与臭椿沟眶象适应同一寄主臭椿次生代谢物的基因组演化特征。

臭椿是我国三北防护林的重要树种，能够产生大量的次生代谢物用于抵御植食性昆虫的取食，目前在该树种上发现的害虫较少，然而，两种近缘种象甲沟眶象和臭椿沟眶象自然条件下共同危害寄主臭椿（图1），但是二者适应寄主次生代谢物机制并不清楚。该项研究利用Oxford Nanopore长片段测序、Illumina二代测序和高通量染色体构象捕获技术（Hi-C）对上述三个物种基因组进行了测序和组装，分别得到三个物种染色体水平基因组，并在此基础上揭示了臭椿的防御与象甲反防御的基因组基础。

图1：臭椿、沟眶象和臭椿沟眶象生态位示意图

全基因组复制事件是植物基因组适应性进化的重要驱动因素，研究发现臭椿基因组在14.015 Mya发生了全基因组复制（图2），该事件使得苦木科特有的次生代谢物—苦木素生物合成通路上的基因发生明显数量扩张，也是臭椿合成大量次生代谢物的基因组基础。

图2：臭椿基因组发生全基因组复制（WGD）事件

植食性昆虫解毒代谢酶系是其适应寄主植物次生代谢物的重要机制之一，研究发现两种象甲基因组中解毒代谢相关基因GST在二者祖先时期发生了数量扩张，主要由基因串联重复造成（图3），并且分别在二者中肠部位高表达，是二者适应臭椿次生代谢物的基因组演化基础。

图3：两种象甲GST基因的染色体定位和基因串联重复示意图

该项研究进一步丰富了苦木科植物和象甲科昆虫的基因组数据资源，为研究植物与植食性昆虫适应性进化提供新思路，为象甲等钻蛀性害虫的防控技术研发奠定理论基础。

北京林业大学林学院与北京市农林科学院联合培养博士生、北京市农林科学院博士后宋威（已入职中国热带农业科学院）为论文第一作者，温俊宝教授与北京市农林科学院魏书军研究员为论文共同通讯作者，曹利军、陈金翠、李会娟等人参与了该研究。

相关工作得到了国家重点研发计划“防护林病虫害演替规律与全程绿色防控技术体系集成示范”(2022YFD1401000)、国家自然科学基金“沟眶象和臭椿沟眶象成虫假死行为特征及调控机制”(32071774)等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1111/1755-0998.70009