近日，凌恩生物客户河北农业大学、浙江大学及英国格林威治大学的研究团队合作，在《Insect Science》杂志上发表了题为“A comprehensive framework for the delimitation of species within the Bemisia tabaci cryptic complex, a global pest-species group”的研究论文。该研究旨在构建一个全面的框架，以界定和识别全球性害虫——烟粉虱（Bemisia tabaci）隐种复合体内的物种。凌恩生物负责其中的测序及生信分析。
研究背景
隐种是在形态上难以区分但在生物学和遗传学上存在显著差异的类群，隐种研究对于深入理解生物多样性等具有重大意义。烟粉虱是导致全球农业重大损失的关键害虫之一，基于mtCOI基因，其隐种复合体含有多达48种以上形态上无法区分的物种。这些隐种在生物学和遗传上的差异导致了害虫管理上的巨大挑战，尤其是在病毒传播和抗药性方面。因此，整合多种数据源，准确界定和识别这些隐种对于实施有效的防控措施至关重要。
图1 不同推测隐种的地理分布
通过文献综述，总结了不同隐种的地理分布。不同的分支用不同的颜色显示，同一分支下的标本用不同形状的符号表示。地图上的红色箭头代表了25个分析样本的地理来源GS(2023)2770
研究方法
01、研究对象
采用烟粉虱复合体中3.5% mtCOI序列分化阀值，共选取来自全球的25个代表性粉虱隐种复合体成员作为测试样本，覆盖了全球11个主要的遗传谱系中的14个，代表了烟粉虱在全球的分布。这些谱系包括亚洲II、澳大利亚、亚洲I、中国、意大利、非洲/中东/亚洲较小区域、新世界、未知、撒哈拉以南非洲、乌干达和日本2等地区，但未包括亚洲III、亚洲IV和亚洲V。所有样本的基因组DNA都是使用Qiagen Blood and Tissue kit提取的。
注:烟粉虱的推测隐种(putative cryptic species)的一个异质性判别标准,即相互之间线粒体COI基因序列的差异达3.5%以上。
02、测序策略
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RAD-Seq测序：对20个烟粉虱进行RAD-Seq测序，由于样品量的原因，实际使用19只烟粉虱和1只标本样本。基因组DNA首先用EcoRI酶消化，然后采用组合池测序策略，在Illumina HiSeq 2000上进行。
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单拷贝核基因测序：从25份烟粉虱的单一雌性样本和2份近缘种烟粉虱的样本中，通过Sanger测序获得Adh, Ef-1α和RNA II单拷贝核基因。
主要结果
1、研究团队发现核基因标记比单一的线粒体基因(mtCOI)更能准确反映烟粉虱的物种多样性。原生地理范围和寄主植物信息为物种识别提供了补充证据，尽管寄主范围的界定分辨率较低。
图2 烟粉虱的系统发育树(贝叶斯和最大似然方法)
(A)基于完整线粒体基因组的树(B)基于4个单拷贝核基因的树(C)基于RAD-Seq数据集(最小样本=6)和作图率(映射到MEAM1基因组的reads)和映射reads的树。(D)通过将所有样本映射到MEAM1基因组来进行SNP分布(图中的数字代表不同的matrix：5代表“matrix=6”，4代表“matrix=8”，3代表“matrix=10”，2代表“matrix=12”，1代表“matrix=14”)。为了观察MEAM1基因组周围的SNP分布，将MEAM1基因组的支架按照scaffolds的长度连接到8个较大的scaffolds上，然后将这8个scaffolds连接成一个环。对于所有的系统发育树，节点处的数字详细说明了BI后验概率大于0.95或者ML Bootstrap值超过50%。MEAM1，中东-小亚细亚1；ML，最大似然性；RAD-SEQ，简化基因组测序；SNPs，单核苷酸多态。
2、研究团队通过集成不同的数据源——包括线粒体基因组、单拷贝核基因以及简化基因组数据、地理分布、寄主专一性以及生殖兼容性测试——来评估各种数据在物种界定中的表现和效用。通过对全球范围内25个烟粉虱样本的深入分析，研究揭示了不同物种之间的遗传多样性和生态差异。生成了系统发育树(图3)来筛选25个选定成员的分子关系，并通过生殖兼容性测试确认了至少存在17种不同的隐种。
图3 从已发表的杂交研究中推测的烟粉虱隐种群的生殖不亲和性。交配实验与有丝分裂基因组数据生成的BI树相关联。用红色标记的标本代表了生殖兼容性和系统发育分支界限之间的冲突。
3、大戟科（Euphorbiaceae）、锦葵科（Malvaceae）和茄科（Solanaceae）是利用最多的三个寄主科。旋花科（Convolvulaceae）、菊科（Asteraceae）、豆科（Fabaceae）和葫芦科（Cucurbitaceae）也被确认为大多数烟粉虱物种共同利用的植物科。聚类分析将烟粉虱物种基于其寄主范围分为三组。总体而言，复合体中的物种寄主范围不同，其中许多物种显示出利用至少七个植物科的潜力。然而，这些数据集不能很好地区分物种，这表明目前已有的宿主利用数据集在物种识别方面并不是一个很好的指标。
图4 烟粉虱复合体中物种群的寄主范围
将报告的不同物种利用的寄主家庭数量转化为log2，用于热图和聚类分析
结论与意义
通过这一研究框架，研究团队强调了采用整合多数据源的方法来解决隐种分类问题的必要性，不仅加深了对烟粉虱物种复杂性的理解，还为全球植物保护部门提供了一种新的物种识别和分类工具。未来，这种方法还可以扩展到其他隐种害虫的研究和管理中，帮助科学家和植物保护专家更有效地应对害虫威胁。
【参考文献】
A comprehensive framework for the delimitation of species within the Bemisia tabaci cryptic complex, a global pest-species group. Insect Science, 2024.
【原文链接】
doi.org/10.1111/1744-7917.13361
