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2024年4月24日，宁波大学陈剑平/张传溪团队和中科院植物生理生态所詹帅团队为主，通过国际大合作，在Science Advances在线发表了题为“The genomic history and global migration of a windborne pest”的研究论文。该研究通过对褐飞虱全球分布地进行采样，进行全基因组的重测序，从群体遗传学的角度揭示了全球褐飞虱种群间的遗传结构、进化关系、种群历史、迁飞动态和遗传分化。

迁飞是自然界的动物为了应对栖息地环境的季节性变化而进化出的一种适应性机制。许多动物为了应对环境季节性的恶劣变化，而进行远距离的迁飞。然而，由于多数昆虫生命周期短、体量小、自迁飞动力差等原因，与脊椎动物的迁飞特点呈现较大不同。小昆虫通常需要多个世代共同完成一个迁飞循环，而且主要在高空随气流进行迁飞，因此很难像一些大型的鸟类一样，通过对个体的迁飞路径进行追踪，大规模的对迁飞动态进行鉴定。此外关于小型昆虫是否像脊椎动物中一样，进化出类似于导航机制的‘迁飞基因’在很大程度上还未知。褐飞虱是水稻上的一种世界性迁飞性害虫，通过取食水稻汁液和传播病毒对亚洲地区的水稻生产造成严重的危害。褐飞虱个体微小和飞行速度较低，是一种典型的风媒迁飞昆虫。

图1. 地理采样和褐飞虱种群的群体遗传关系

本团队人员历时十余年，通过与十几个国家的科研人员进行广泛的国际合作，采集了全球褐飞虱分布区的92个种群样本，对其中的360头个体进行全基因组的重测序。通过种群遗传学分析，发现澳大利亚与亚洲的褐飞虱种群产生了较大的遗传分化，而亚洲种群主要可以分为3个大的群体，分别是东亚、东南亚、南亚种群（图1），南亚种群先于东南亚和东亚种群产生遗传分化。种群历史动态分析发现，澳大利亚种群约3万年前与亚洲种群分化，直到约2000年前，亚洲各种群逐渐扩张，这与亚洲水稻大面积栽培的时间相吻合。种群间的基因流分析发现，东亚种群与中南半岛之间，存在南北双向的基因流，相比之下东南亚和南亚种群主要单向地向中南半岛迁入（图2）。进一步研究发现，东亚种群与东南亚、南亚种群间遗传差异最高的区域集中在一条类似于‘基因荒漠’的8号染色体上，该染色体不仅在褐飞虱种群间，在近缘物种间也在快速地进化。

图2. 褐飞虱种群间的迁飞路径推断

综上所述，本研究不仅揭示了亚洲褐飞虱种群间的迁飞动态、遗传分化及每年迁入我国水稻主产区的中南半岛虫源地，为水稻褐飞虱的预警和防治提供了重要依据，为解释褐飞虱为何能快速适应不同水稻品种（致害性变异）提供了遗传基础。研究结果也加深了我们对昆虫的季节性迁飞如何影响物种进化与种群分化的理解，还表明群体遗传学方法在揭示风媒昆虫迁飞动态中具有巨大的应用前景。

论文第一作者为宁波大学胡庆龄博士后，通讯作者为张传溪教授和詹帅教授，合作作者还包括浙江大学等国内外20余位研究人员，此外还有国内外30多位研究人员在标本采集过程中提供了帮助。该研究得到了国家自然科学基金(32230086, 31630057, 32225008, 32021001)、“十四五”国家重点研发计划 (2021YFD1401100)、和中国科学院青年科学家项目(XDB27040205)的资助。

论文链接: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk3852