研究人员对第一个臭虫基因组进行测序

科学家已经组装了人类最古老和最不爱的同伴之一的第一个完整的基因组：臭虫。这项新研究由美国自然历史博物馆和威尔康奈尔医学研究所的研究人员领导，于2月2日在Nature Communications上发表，可以帮助对抗不受欢迎的寄生虫对农药的抗药性。该数据还为人类宿主和城市(包括地铁)中的臭虫活动提供了丰富的遗传资源。

“臭虫是纽约市最具标志性的活化石之一，伴随着蟑螂，这意味着它们的外观几乎没有在它们的长系中发生变化，”相应的作者乔治阿马托说，该博物馆的萨克勒比较基因组学研究所所长。“但是，尽管它们看起来很静止，但我们知道它们会继续发展，主要是因为人类更难以与它们分离。这项工作为我们提供了探索臭虫基本生物学及其适应人类密集环境的遗传基础。 “

常见的臭虫(Cimex lectularius)已经与人类结合了数千年。该物种存在于温带地区，更喜欢以人体血液为食。近几十年来，加热房屋和全球航空旅行的普遍存在加剧了城市地区的虫害，臭虫不断获得血粉，并有机会迁移到新的宿主。自20世纪90年代后期以来臭虫侵袭的复苏主要与昆虫对已知杀虫剂的抗性的演变有关，其中许多不适合室内应用。

“由于滴滴涕的广泛使用，臭虫几乎从20世纪40年代的人类生活中消失了，但不幸的是，在臭虫和其他害虫之后很快就过度使用了抵抗问题，”该论文的作者路易斯索尔金说道。博物馆无脊椎动物学系的高级科学助理。“今天，很高比例的臭虫都有基因突变，使它们对常用于对抗这些城市害虫的杀虫剂产生抗药性。这使得对臭虫的控制非常耗费人力。”

研究人员从保存和生存的藏品中提取DNA和RNA，包括1973年首次收集的人群样本，此后由博物馆工作人员维护。从男性和女性中采集RNA，代表在血餐之前和之后每个臭虫的六个生命阶段，以绘制臭虫基因组的全貌。

“仅仅对基因组进行测序是不够的，因为它本身并不能说明完整的故事，”博物馆无脊椎动物学部和萨克勒比较基因组学研究所的策展人Mark Siddall说。“除了DNA之外，你想获得RNA或表达的基因，你不仅要从一个臭虫那里得到它，而且要想在生命周期的每个部分都来自男性和女性。那么你真的可以开始询问关于某些基因如何与献血，杀虫剂抗性和其他重要功能相关的问题。“

研究人员发现，整个臭虫生命周期中基因的数量相当一致，但是他们观察到基因表达的显着变化，特别是在第一次血粉之后。仅在臭虫首次饮用血液后才表达的一些基因与杀虫剂抗性相关，包括导致更好的解毒作用和更厚的几丁质或皮肤的机制。这表明臭虫在第一个若虫阶段可能是最脆弱的，可能使其成为未来杀虫剂的良好目标。科学家们还确定了三种类型的抗凝血基因及其相关蛋白质 - 与高度专业化的血液供应器相一致的特征。与其他20种节肢动物基因组相比，常见臭虫的基因组与接吻虫(Rhodnius prolixus)密切相关，

臭虫微生物组还包含超过1,500个基因，这些基因可以映射到400多种不同的细菌，表明臭虫拥有丰富的内共生菌，可能对它们的生长和繁殖至关重要。这表明，攻击对臭虫有益的细菌的抗生素(但对人类不是必需的)可以补充通过杀虫剂对昆虫的控制。

此外，该研究纳入了纽约市1,400多个地点同时收集的DNA数据，包括每个地铁站，以观察微生物多样性。对于这项工作，研究人员使用新的基因组数据专注于臭虫的多样性。他们发现居住在城市不同地区的臭虫的遗传组成存在差异，这可以通过东西向与南北向地铁线路的DNA痕迹以及自治市镇之间和地表之间的痕迹来衡量(例如，长凳与入闸)。研究结果表明，城市中彼此接近的地区有相关的臭虫种群和臭虫从一个行政区可以区别于另一个行政区。这种信息可用于绘制已建立和新的城市环境中臭虫感染迁移的途径。

“宏基因组学和微生物组数据的一个重要特征是它揭示新生物学的能力，因为你可以在它完成后立即将以前未知的序列映射到一个新的基因组，”克里斯托弗梅森说，他是计算基因组学的副教授。生理学和生物物理学以及威尔康奈尔医学院计算生物医学研究所Alwaleed Bin Talal Bin Abdulaziz Al-Saud王子和高级作者。“随着每个基因组的测序和注释，对我们周围世界的遗传理解变得更加集中。”