孤独的蟑螂是如何产生群居的白蚁的:两个基因组的故事

这是一篇由Coby Schal, Blanton J. Whitmire昆虫学特聘教授在数控状态。他和合著者发表了一篇论文，比较了德国蟑螂和干木白蚁的基因组《自然生态与进化》

白蚁是“群居蟑螂”。它们从1.5亿年前的独居蟑螂进化而来，至少比蜜蜂早5000万年，蚂蚁和黄蜂独立于白蚁进化出类似的复杂社会。白蚁生活在复杂的社会中，其特征是社会等级的劳动分工和群体成员之间的密切协作。例如，蚁后和国王垄断了蚁群内的所有繁殖，而工蚁和士兵则负责维护和保卫蚁群。在蚁群中，这种责任的分离需要清楚地认识到谁是谁，以及当有能生育的蚁后时抑制工蜂繁殖的机制，并在蚁后死亡时刺激新的蚁后生长。与此同时，白蚁的生活方式相对简单——它们吃木头，很少在户外冒险。这些来自祖先独居蟑螂的变化应该反映在白蚁基因的组织中，也就是基因组。

德国蟑螂的生活方式与白蚁非常不同。它是典型的杂食动物，吃所有的食物，清除粪便，甚至参与共食——吃公共的粪便——从其群体成员获得共生微生物和营养。这种蟑螂是一种全球性的室内害虫，对人类健康有显著的负面影响。蟑螂会产生能引发过敏和哮喘的强效过敏原，尤其是那些生活在蟑螂出没的家中的儿童。它们在不卫生的条件下茁壮成长，因此，它们不仅将病原体传播给人类，而且还进化出了广泛的免疫机制，以防止自己被感染。最后，蟑螂进化出了许多机制来抵抗它们在环境中遇到的各种有害化学物质，包括我们为了消灭它们而使用的大量杀虫剂。

一篇论文自然生态与进化报道了德国大蠊的基因组测序、注释和分析，Blattella蠊和干木白蚁，Cryptotermes公这是在白蚁从独居的蟑螂进化而来的社会性背景下进行的。包括北卡罗来纳州昆虫学家科比·沙尔(Coby Schal)和首席研究学者和田胜苏门答腊(Ayako和田胜苏门答腊(Ayako和田胜苏门答腊)在内的研究团队将这些基因组与其他15种昆虫的基因组进行了比较，从而可以分析从非社会性蟑螂到社会性白蚁的基因家族进化过程。在这篇论文中特别感兴趣的是化学感觉基因，它用于化学交流-嗅觉和味觉。蟑螂的夜行性和杂食性生活方式需要大量的嗅觉和味觉的敏感和辨别能力，蟑螂的基因组反映了这一点。四科化学感觉蛋白使昆虫能够区分不同的食物，定位和识别配偶和聚集地点(信息素)，并避免毒药和病原体。德国蟑螂目前保持着其化学感觉基因多样性的世界纪录，这种资源对于开发更好的害虫控制诱饵和诱饵是无价的。那些更专门化但进化上有关联的白蚁经历了相当大的嗅觉和味觉基因的丧失，这与它们生态环境中更专门化的化学物质相适应。然而，白蚁的基因组揭示了化学感觉适应的特征，这些特征持续存在于蟑螂身上，很可能塑造了这些“社会性蟑螂”的社会生活进化。

蟑螂基因组中许多其他基因家族的扩展可能使蟑螂适应并成功地在不同的栖息地定居。公开的基因组序列将使研究人员和虫害控制行业能够调查许多基因的功能，并以一些创新的、针对蟑螂的杀虫剂为目标。这些基因中包括与杀虫剂分解和清除有关的基因。这些基因的扩展和高度表达允许b .蠊对多种杀虫剂产生耐药性。同样地，蟑螂可以抵抗许多不同类型的病原体，因为它拥有更多的基因家族，用于免疫反应和抵抗病原体。编码消化酶的基因数量的增加，使得德国蟑螂能够成功地成为一种极端的杂食动物，能够消化从甜甜圈甜甜圈到吃剩的牛排等各种食物。

这项研究是休斯顿贝勒医学院人类基因组测序中心i5k项目的一部分，该中心是一个国际公共联盟，致力于对5000个具有有利和有害影响的高优先级节肢动物进行测序和分析。北卡罗来纳州立大学的研究小组主导了该项目的早期阶段，并培育出了被测序的近亲繁殖的蟑螂，来自6个国家的11个研究机构的科学家参与了这项研究。北卡罗来纳州的Schal实验室得到了美国住房和城市发展部(nchu -0017-13)、美国国家科学基金会(os -1557864)、阿尔弗雷德·p·斯隆基金会(2013-5-35 MBE)、美国国家环境健康科学研究所(P30ES025128)和人类健康与环境中心的部分资助。以及北卡罗来纳州的布兰顿·j·惠特迈尔基金会。