Первый геном пятнистой фонарницы построен из одной особи
Ученые Службы сельскохозяйственных исследований (ARS) совместно с компанией Pacific Biosciences и Университетом штата Пенсильвания опубликовали в журнале Gigascience первый геном инвазивного вида — пятнистой фонарницы (Spotted Lanternfly, SLF). Принципиально новым является то, что геном был собран из одной особи, пойманной в дикой природе.
Это не только первый опубликованный геном данного вредителя, но и вообще первый в его таксономической группе, что делает полученные данные особенно ценными, по словам энтомолога Скотта М. Гейба из Исследовательского центра сельского хозяйства бассейна Тихого океана им. Дэниела К. Иноуэ (ARS).
Вредитель и угроза
Пятнистая фонарница, родом из Китая, Бангладеш и Вьетнама, впервые была обнаружена в Пенсильвании в 2014 году и с тех пор распространилась в Вирджинию, Мэриленд и Нью-Йорк. Этот инвазивный вредитель питается миндалем, яблоками, абрикосами, виноградом, персиками, черникой, хмелем, а также твердыми породами деревьев, такими как дуб, грецкий орех и тополь. Различные оценки предсказывают потенциальный экономический ущерб в миллиарды долларов, если SLF широко распространится в США.
Значение генома
"Наличие генома этого вредителя открывает путь к лучшему пониманию его биологии и поведения и значительно повышает вероятность разработки потенциальных методов контроля", — заявил Гейб. Среди таких методов — создание приманок для ловушек через изучение обонятельных генов насекомого, а также исследование подходов, таких как генное редактирование или РНК-интерференция (RNAi).
Технологический прорыв
Ключевым достижением стал сам метод получения генетических данных. Впервые весь ДНК, необходимый для полногеномного секвенирования, был взят от одной-единственной особи, пойманной на дереве в дикой природе в Рединге, Пенсильвания.
Основным препятствием для расшифровки генома этого вида является его относительно большой размер — около 2,2 миллиарда пар оснований. Ранее для этого потребовалось бы множество циклов секвенирования, каждый из которых расходовал бы доступную ДНК. Чтобы получить достаточное количество материала, ученым часто приходилось объединять ДНК многих особей (что увеличивало вероятность ошибок) или выращивать инбредные лабораторные колонии.
В данном случае, благодаря сотрудничеству с Pacific Biosciences и использованию их новой платформы PacBio Sequel II (производительность которой в 10 раз выше за один запуск), ученым удалось получить достаточный объем данных всего от одной особи. Это позволило быстро обработать данные, снизить стоимость проекта (менее $2000 на расходные материалы, не считая стоимость самого секвенатора) и избежать необходимости создания колонии.
Качество и перспективы
Для проверки полноты генома (в условиях отсутствия близкородственных геномов для сравнения) команда проверила набор "стержневых генов", которые должны присутствовать в единственном экземпляре у всех насекомых. В данном геноме было обнаружено около 97% этих генов с очень низким уровнем дупликации.
"Возможность быстро отсеквенировать такой большой геном насекомого, не создавая колонию, повышает реалистичность выполнения проекта Ag100Pest", — отметил Гейб. Эта инициатива ARS направлена на расшифровку геномов 100 видов насекомых, наиболее разрушительных для сельскохозяйственных культур и скота. "Теперь, с этой системой, выполнить 100 или даже 1000 геномов — вполне реалистичная задача", — добавил он.
Возможность получить полный геном из малого количества ДНК также делает практичным секвенирование геномов физически крошечных насекомых без необходимости отлова или разведения большого количества особей, что значительно расширяет список видов, доступных для генетического анализа.