国家基因库领衔昆虫演化研究：千种昆虫转录组项目取得重大成果

2014年11月7日，由来自中国深圳华大基因、国家基因库、德国波恩Alexander Koenig博物馆和美国罗格斯大学等来自10个国家近20家单位的超过100名科研人员构成的国际“千种昆虫转录组进化”（1000 Insect Transcriptome Evolution, 1KITE, www.1kite.org）研究联盟经过近四年的攻坚合作，依托新一代测序平台所产生的海量数据以及新颖的分析方法，正式宣布成功构建迄今最可靠的昆虫系统演化树，解决了一系列昆虫演化研究中的难题。该研究成果在最新一期的《科学》杂志上发表。它将为人们更好地了解昆虫的演化及在此基础上衍生的一系列科学问题奠定良好的基础。

超过100位来自分子生物学、形态学、古生物学、分类学、胚胎学以及生物信息学方向的专家们通力合作，使重新构建昆虫的系统演化关系在今天成为可能。国际“千种昆虫转录组进化”（1KITE）研究联盟是由来自华大基因、国家基因库的周欣博士、德国波恩Alexander Koenig博物馆的Bernhard Misof教授和美国罗格斯大学的Karl Kjer教授共同发起并领导的项目联盟。

昆虫是构成自然界生物多样性的一个重要组成部分，同时也是我们自然生物资源的一个不可或缺的重要组成部分。昆虫的缺失将直接威胁到人类对自然资源的利用。Bernhard Misof教授表示：“昆虫是地球上所有生物中种类及数量最多的群体。很多昆虫都具有极大的经济和医学价值，包括农作物害虫、传媒昆虫、病原载体及关键物种等。我们只有在构建了可靠的昆虫内部系统发育进化关系之后，才可能开始了解昆虫的物种多样性及其在生态方面的重要性。”Karl Kjer教授则进一步指出：“系统发育关系是我们了解生命的起源和进化等事件的现象以及成因的基础。有了如今的数据积累和数据分析方法的创新，许多以前悬而未决的问题现在得到了解答，而许多以前基于小数据量的所谓‘新发现’现在也得到了纠正。”

周欣博士指出：“我们希望通过本项目推动长期以来为人们所忽视的昆虫遗传多样性的研究。本项目产生的海量组学数据将继续服务于基础和应用科学研究。例如，利用这些数据可以对不同昆虫的新陈代谢通路进行比较分析，从而有的放矢地开发昆虫资源和控制病虫害。这些转录组数据代表了取样时该生物体所表达的基因集，为我们研究该物种的遗传组成提供了一个非常具体和重要的观察角度。”

在《科学》杂志上发表的这一成果是基于144个精心选择的能够代表昆虫各个类群的物种的转录组数据完成的。在重新构建了昆虫的系统发育关系的同时，科学家们还基于这些海量的组学数据有效地估算了昆虫不同类群的起源时间。研究成果显示昆虫与最早的陆生植物在约4亿8千万年前同时起源，昆虫和植物共同塑造了最早的陆生生态系统。研究同时表明昆虫的飞行能力起源于约4亿年前，远远早于其它动物，与此同时，陆生植物也开始大范围地繁衍成森林。

该项目最终会产生超过1000种昆虫的转录组数据，这将给1KITE的生物信息分析团队带来很大的挑战。德国海德堡理论研究所的Alexandros Stamatakis博士指出：“在本项目的准备阶段，我们已经认识到当前开发的软件将不足以用来分析这样的海量数据”。在《科学》杂志上发表的基于144个昆虫物种的组学数据研究成果显示这个团队有能力去应对这些生物信息学分析的挑战，并能够开发出新的分析方法以获得最可靠的结果。周欣博士指出：“1KITE团队所具备的对新的分析软件和算法的开发能力是本团队创新能力的重要体现，也为将来其它的大数据集的分析奠定了理论基础。”

这一成果是1KITE团队来自各大洲的科学家们共同绘制的一幅国际合作的杰作。这种涵盖了凭证标本的存储、高通量测序和大数据分析等方面的通力合作将成为未来优秀国际合作研究模式的范本。接下来，1KITE团队将针对昆虫的一系列子类群逐个构建系统发育关系，全面解读昆虫多样性的进化机制。同时，该项目所产生的转录组数据及同源基因集将通过1KITE的开放平台与研究人员共享，为昆虫演化研究及功能机理研究提供极为重要的数据基础。

Green lacewing (Chrysopa perla), 图片版权：Oliver Niehuis博士

Snakefly (Dichrostigma flavipes) , 图片版权：Oliver Niehuis博士

Red flour beetle (Tribolium castaneum) , 图片版权：Oliver Niehuis博士

Gold Wasp (Hedychrum nobile) , 图片版权：Oliver Niehuis博士

Greenhouse Camel Cricket (Diestrammena asynamora) , 图片版权：Oliver Niehuis博士


Stonefly (Perla marginata), 图片版权：Oliver Niehuis博士


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