研究人员成功绘制了一个容易感染的臭虫菌株和一个对杀虫剂表现出大约20,000倍抗性超级菌株的几乎完整基因组，为了解其抗逆性的突变提供了广泛的见解。
他们研究的结果发表在Insects期刊上。
尽管臭虫并不被认为会传播人类疾病，但它们的叮咬会导致瘙痒和皮肤的继发感染。包括现已禁止的DDT在内的杀虫剂的广泛应用几乎在1960年代根除这些吸血害虫，使得虫害变得不常见。然而，在过去的20年里，臭虫有了显著反弹，这主要是因为它们对各种杀虫剂产生了抗性突变。
抗性可以通过几种机制出现，包括产生分解杀虫剂的酶（代谢抗性）或发展更厚的外部覆盖层以防止化学物质渗透（穿透抗性）。先前的研究已识别出一些与杀虫剂抗性相关的突变和基因表达，但由于缺乏对抗性菌株的全基因组测序，对所有相关突变的完整理解仍然不足。
由广岛大学生命综合科学研究生院教授Bono Hidemasa领导的研究团队，旨在通过绘制来自日本的易感和抗性臭虫菌株的基因组来填补这一知识空白。他们使用68年前在长崎市Isahaya收集的野生臭虫（Cimex lectularius）衍生的易感样本，而抗性菌株则是从2010年在广岛市一酒店发现的标本繁殖而来。研究人员发现，抗性样本对广泛用于管理臭虫的拟除虫菊酯表现出惊人的19,859倍抗性，超过许多先前识别的超级菌株。臭虫样本由日本化工制造公司Fumakilla Limited提供。
拼装基因组拼图
测序基因组可比作拼装一个庞大的拼图，拼图的碎片数量可以从约160,000到1600亿不等。为了获得迄今为止最全面的臭虫基因组，研究人员采用了长读长测序技术，这种技术可以捕获扩展的DNA片段——类似于将较大部分的拼图拼接在一起。相比之下，传统的短读长测序仅覆盖小片段，常常导致令人沮丧的间隙。
利用他们的先进方法，研究人员能够创建两个基因组的近乎完整的表示，几乎每一片块准确定位。他们为易感菌株达到了97.8%的完整性和57.0的质量值（QV），为抗性菌株达到了94.9%的完整性和56.9的QV。QV超过30表示高质量序列，错误率低于0.1%。这两个菌株的N50值也超出了早期参考基因组C. lectularius的Clec2.1，这意味着它们的基因组拼图中有更少的间隙和更多的完整区域。
发现已知和新的抗性突变
基因组完全测序后，研究团队识别出蛋白质编码基因，评估它们的功能，并通过转录分析检查它们的活性水平。他们发现3,938个含氨基酸错配的转录本，其中729个突变转录本与杀虫剂抗性特别相关。
“我们确定了抗性臭虫的基因组序列，与易感臭虫相比，其抗性提高了20,000倍。通过比较氨基酸序列，我们精准定位了729个具有抗性突变的转录本，”该研究的第一作者、广岛大学生命综合科学研究生院基因组信息学实验室的博士后研究员Toga Kouhei解释道。
“这些转录本包括参与DNA损伤反应、细胞周期调节、胰岛素代谢和溶酶体功能的基因，这表明这些分子通路可能有助于臭虫对拟除虫菊酯的抗性发展。”
通过利用先前昆虫研究的见解，研究人员确认了已知的抗性突变并识别出新的突变，这可能有助于制定更具针对性和有效的害虫管理策略。
“我们确定了许多可能与杀虫剂抗性相关的基因，其中许多之前未与臭虫抗性相关联。修改这些基因可能会提供对杀虫剂抗性演变和机制的重要见解，”Toga补充说道。
“此外，这项研究拓宽了追踪等位基因分布和频率变化的目标基因范围，可能在评估野生种群的抗性水平中发挥至关重要的作用。这项研究突显了全基因组方法在深化我们对臭虫杀虫剂抗性理解方面的潜力。”
研究团队还包括Fumiko Kimoto和Hiroki Fujii，两者均与Fumakilla Limited相关。
