解码巨大的昆虫基因组可以帮助解决毁灭性的蝗虫危机

在蜂群爆发期间,沙漠蝗虫过着独居的生活,就像无害的蚱蜢一样。
图片来源:莱斯特大学

由莱斯特大学的研究人员进行的一项“改变游戏规则”的研究破译了沙漠蝗虫的遗传物质,这可能有助于对抗这种臭名昭著的害虫破坏庄稼的行为,这种害虫目前加剧了许多发展中国家的饥饿危机。

人们希望这项研究将为开发“智能杀虫剂”提供基础,这种杀虫剂通过利用神经系统中的蝗虫特异性信号,以外科手术般的精确作用,在不伤害其他生物的情况下杀死或阻止蝗虫的群集行为。

沙漠蝗虫的全套遗传信息可能对东非、阿拉伯半岛和西南亚等国家产生重大的国际影响。尽管广泛的防治行动仍在进行,但这些国家今年遭受了几十年来最具破坏性的沙漠蝗虫危机。

根据联合国粮农组织(FAO)的数据,一群蝗虫每平方公里可携带约4000万只昆虫,它们每天吃掉的食物相当于3.5万人的食物。粮农组织估计,目前有4200万人面临严重的粮食不安全问题,特别是沙漠蝗虫造成的。

Tom Matheson博士说:“这些贪婪的昆虫对粮食作物和牧场造成的难以置信的破坏影响了成千上万农民的生计,并加剧了本已脆弱地区更广泛人口的饥饿风险。”

“沙漠蝗虫基因组提供的关键信息可能会彻底改变发展中国家的游戏规则,并为努力养活其人口的国家在经济上向前迈出了巨大的一步。

“解决蝗灾和控制蝗群从来都不是一件容易的事,因为受影响的广大地区的条件都很有挑战性,但有了正确的信息和研究,我们希望未来的方法能变得更有效。”

他补充说:“如果气候变化导致蝗灾成为‘新常态’,我们将需要所有人都参与进来,通过深入研究和改进技术来帮助控制蝗灾。”

沙漠蝗群是超过65个国家的一个主要经济问题,占世界陆地总面积的20%以上。受影响国家的当局一直在进行空中喷洒杀虫剂,但蝗灾的规模往往超出了当地的能力,因为沙漠蝗虫每天可以飞行150公里(95英里),跨越国界和崎岖的地形,在几乎没有道路基础设施的地区。

虽然蝗虫群因对农业造成的巨大破坏而臭名昭著,但它们的遗传物质(“基因组”)却因其巨大的体型而在研究人员中出名。沙漠蝗虫基因组有超过88亿对DNA碱基对(8.8个千兆碱基),是迄今为止最大的昆虫基因组测序,比人类基因组大2.8倍多。

Swidbert Ott博士补充说:“我们还不了解是什么基因指令使蝗虫的行为与普通蚱蜢如此不同,并产生如此破坏性的影响。到目前为止,一个主要的障碍是缺乏沙漠蝗虫基因组序列,这是蚱蜢成为蝗虫的原因所在。

“我们希望我们的数据可以促进开发新的、更可持续的方法来管理蜂群爆发。有了我们研究中的信息,创新者有了一个独特的机会,可以创造出一种智能杀虫剂,针对的是蝗虫,而不是对生态系统至关重要的其他昆虫,如传粉者。”

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笔记编辑

如需更多信息或采访作者,请联系莱斯特大学新闻办公室的科琳·苏格兰,电话:07590403166或cjs78@leicester.ac.uk

图片可按要求提供。

    • 1.沙漠蝗(Schistocerca gregia)基因组组装的第一稿。

F1000Research

    • 2020年,9:775。Doi:10.12688/f1000research.25148.1发表在杂志上

F1000Research

2.专家们与一个国际专家团队合作,完成了沙漠蝗虫完整遗传指令(“基因组”)的第一次测序。

3.一只成年沙漠蝗每天可以吃掉与自己体重相当的新鲜食物:也就是每天大约两克。一个1平方公里大小的蝗虫群包含大约4000万只蝗虫,它们一天吃掉的食物相当于大约3.5万人、20只骆驼或6头大象。在平静时期(被称为衰退),在北非、中东和西南亚的沙漠中发现了少量的独居蝗虫。这片干旱地区的面积约为1600万平方公里,包括大约30个国家。它被称为衰退区。在鼠疫期间,蜂群还可以入侵其他国家,相当于地球土地20%的更大面积的土地可能受到影响(入侵区)。更多来自粮农组织的信息可以在这里找到。

4.在蜂群爆发期间,沙漠蝗虫过着独居的生活,就像无害的蚱蜢一样。蝗虫群反映了沙漠蝗虫从独居的“独居阶段”转变为群居的“群居阶段”的非凡能力,这一阶段被其他蝗虫所吸引,从而倾向于聚集更大的数量。这种转变发生后,蝗虫不仅行为非常不同,而且它们的外观也非常不同,直到不到100年前,这两个阶段还被误认为是不同的物种!沙漠蝗虫转变为蜂群阶段的能力是由它们的基因编码的。在有利的条件下,它们的数量每三个月可以增加20倍。

更多信息请联系:

莱斯特大学神经科学、心理与行为系Tom Matheson博士:tm75@leicester.ac.uk

莱斯特大学神经科学、心理与行为系Swidbert R. Ott博士:so120@leicester.ac.uk

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