使用PacBio HiFi和Hi-C测序构建鱼尾甲虫（Ichthyurus bourgeoisi Gestro）的染色体水平基因组组装

打破常规的一种甲虫

大多数甲虫身披一种内建的盔甲：成对的硬质前翅，称为鞘翅，覆盖在身体和飞行翅之上形成保护壳。来自中国南部的细长“军甲虫”Ichthyurus bourgeoisi 则不同。它的鞘翅柔软且异常短小，露出后翅和腹部。尽管看似没有盔甲，这种昆虫依然生存良好。本研究提供了这类甲虫完整的染色体水平DNA图谱，为科学家探索如此异常体型的起源以及在没有典型甲虫盾牌的情况下它们如何自卫提供了强有力的参考。

软壳甲虫及其生存策略

Ichthyurus bourgeoisi 属于一小类热带甲虫，特征是薄且短缩的鞘翅、亮黄色与黑色的体色以及可弯曲且外露的腹部。在大多数甲虫中，坚硬的鞘翅是一项关键的进化发明：它们保护脆弱的飞翅、减少失水，并帮助昆虫穿越崎岖环境。失去这种保护看起来应当是不利的。为弥补这一点，Ichthyurini 甲虫似乎依赖其他策略。它们醒目的体色和外露的翅膀使其具有黄蜂般的外观，可能对捕食者构成警示；同时化学防御很可能使其不易被捕食。外露腹部带来的更大活动自由度也可能有助于捕食与交配。要理解这种生活方式如何被写入它们的基因组，需要一份高质量的基因组，而这一资源此前在该类群中尚属缺失。

构建完整的DNA蓝图

研究人员着手在染色体尺度上组装 I. bourgeoisi 的整个基因组，即生成与甲虫实际染色体相对应的长的连续DNA序列。他们小心采集了来自中国中部自然保护区的雄性与雌性标本，进行清洁以避免污染，并用速冻保存样本。从单一雄虫提取高质量DNA，并使用多种尖端测序平台进行测序。其中一种产生可以跨越复杂区域的长且高准确度读长；另一种生成大量短读长；第三种捕获细胞内DNA如何折叠与包装的信息，帮助将片段缝合成完整染色体。来自多名个体的额外RNA测序揭示了基因组中哪些部分被实际作为基因使用。

从原始读段到七条染色体

在这波数据洪流下，团队使用现代组装软件拼接基因组。质量检查表明该甲虫的基因组中等大小——大约六分之三亿个碱基对——且两个拷贝间变异程度较低，简化了组装过程。将长读段数据组合成连续序列；再利用DNA折叠提供的联系信息对这些序列进行排序和定向，形成七条伪染色体。其中一条在雄性样本中的测序深度约为其他染色体的一半，被标记为X染色体。最终组装覆盖664.72百万碱基对，具有非常长的连续片段和极低的估计错误率，使其成为高质量昆虫基因组中的一员。

基因组内部的发现

完成的基因组富含重复DNA元素，这些元素总共约占基因组的三分之二。不同类型的移动遗传元件显示出在甲虫进化史上数次扩增的迹象，留下了古老和较近期爆发交错的图谱。在这片重复景观之上，研究者鉴定出13,386个蛋白编码基因和近千个非编码RNA基因。大多数蛋白编码基因可与主要数据库中的已知条目对应，且在一套标准的保守昆虫基因中找到了超过98%，表明缺失非常少。许多基因与已知生物通路相关联，为未来研究翅膀发育、体色和化学防御等性状提供了路线图。

为未来的进化故事奠定基础

通过提供一份完整且经过严格校验的 Ichthyurus bourgeoisi 基因组，本研究尚未直接确定导致鞘翅缩短或增强化学防御的确切基因。但它奠定了基础。研究人员现在可以将该基因组与保留盔甲或演化出不同翅型的其他甲虫基因组进行比较，搜索关键翅纹基因的变化，并追踪参与毒素和警戒色彩的基因家族。简言之，这个新基因组为一只放弃传统甲虫“盾牌”却仍然繁衍生存的昆虫提供了详尽的说明书——帮助科学家理解当经典保护结构被替代为新的生存策略时，进化能够呈现的灵活性。

引用: Yang, Y., Zhen, Y., Yang, Z. et al. Chromosomal-level genome assembly of Ichthyurus bourgeoisi Gestro using PacBio HiFi and Hi-C sequencing. Sci Data 13, 653 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-07039-z

关键词: 基因组组装, 军甲虫, 翅膀演化, 重复DNA, 昆虫适应