首个白蚁基因组被成功破译 为社会性昆虫进化研究提供新线索

与蚂蚁和蜜蜂一样，白蚁也是社会性昆虫的一员。在白蚁的社会等级和生殖分工中，仅有少数的个体（称作蚁后和蚁王）拥有生殖能力，其它个体（工蚁和兵蚁）则从事觅食、保育或者防御等非生殖类的工作。社会性的群体生活使得白蚁更好地适应环境并成为了生态系统中的重要物种。作为主要的腐生生物，白蚁在维护生态多样性方面发挥了举足轻重的作用，尤其是在热带栖息地。另一方面，白蚁也是破坏人类建筑物的主要害虫，每年在全球范围内因白蚁危害造成的损失及用于预防的费用高达400亿美元。

虽然白蚁与蚂蚁、蜜蜂具有很多相似的地方，但蚂蚁和蜜蜂属于膜翅目并且拥有独特的单倍二倍性的性别决定机制，而白蚁则属于跟膜翅目亲缘关系很远的等翅目。相比于膜翅目社会性昆虫，白蚁表现出一些不同的社会性特征，比如，白蚁的蚁王具有长久的生殖能力并且和蚁后拥有同等的特殊地位，而在膜翅目社会性昆虫中却没有蚁王。因此，白蚁是研究社会性进化方面具有重要价值的一类昆虫。于5月20日在国际期刊《自然•通讯》(Nature Communications)上在线发表的最新文章中，来自中、美、德等国的研究人员宣布他们联合完成了首个白蚁（内华达古白蚁，Zootermopsis nevadensis）基因组测序和分析工作，在揭示白蚁复杂社会性的分子基础方面获得了新的发现。

内华达古白蚁（Z. nevadensis）属于湿木白蚁(Termopsidae)的一种，是一种比较原始的白蚁。在所有已知的白蚁物种中，它具有最小的基因组（大约仅有500Mb），因此非常适合用短序列片段进行基因组组装。除了基因组测序，科研人员还对来自不同性别、发育阶段和社会等级的25个样品进行了转录组测序，主要用于功能基因组学研究。

“我们此次主要的研究发现之一是在白蚁基因组中发现四个与精子形成相关的基因家族发生了显著扩增，并且转录组数据分析也表明这些基因在可育的雄性生殖蚁中是上调表达的。”来自国家基因库的文章共同第一作者李彩指出，“这一发现很有意义，因为在白蚁群体中蚁后和蚁王会在相当长的时间里多次发生交配，然而在膜翅目社会性昆虫中，生殖行为通常是由蚁后掌控且一般只有单次交配。尽管想要全面揭示这两类社会性昆虫的生殖差异还需要进一步的研究，但是本课题的分析成果为从分子层面上解释这些差异提供了思路。”

化学受体是昆虫感官系统中重要的组成成分，与其他昆虫基因组相比，内华达古白蚁有一套相当不同的化学受体基因集。在蚂蚁和蜜蜂基因组中发生显著扩增的嗅觉受体基因(odorant receptor, OR)，却在内华达古白蚁中非常少。然而，离子型受体基因家族(ionotropic receptor, IR)却在白蚁基因组中发生了大量扩增。“较少的嗅觉受体数量反映了白蚁的生活方式，内华达古白蚁是一种较原始的白蚁，通常在一根木头中度过一生。而大多数的蚂蚁和蜜蜂则显示出复杂的社交行为和同窝识别性，它们需要更多的嗅觉受体去分辨不同的气味。不过我们推测拥有更为复杂劳动分工的高等白蚁，其嗅觉受体基因也会发生扩增。”文章通讯作者之一，来自亚利桑那州立大学的Jürgen Liebig教授说道。

通过与其它社会性昆虫基因组比较分析，研究人员还发现了一些在膜翅目社会性昆虫中参与等级分化和生殖分工相关的基因家族（如卵黄蛋白原基因家族(vitellogenin)，细胞色素P450基因家族(cytochrome P450)，昆虫存储蛋白基因(hexamerin)）等，在白蚁中也表现出了相似的特性，这说明了一些些调控机制在两类社会性昆虫中发生的趋同进化。

“解读白蚁基因组是揭示社会性昆虫分子进化的关键一步。在社会性昆虫研究中有一个长期未解决的问题，就是基因组中是否存在一些共同的调控机制导致在不同的昆虫类群进化出真社会性。我们发现一些像卵黄蛋白原、保幼激素之类的调控因子，它们在白蚁的不同等级中的表达有显著的差异。同样的基因表达差异也存在于其他社会性昆虫的等级调控中。”文章另一通讯作者，国家基因库基因组多样性负责人张国捷博士说道。“随着越来越多社会性昆虫基因组被破译，比较基因组学分析将是我们进一步研究的重要手段之一，相信将为进一步深入理解社会性系统的发育调控和进化过程提供更多线索。”