研究揭示浆蜂线粒体基因组的遗传多样性及演化动力

近日，中国农业科学院蜜蜂研究所资源昆虫生物学与饲养团队通过线粒体基因组比较分析，揭示了浆蜂线粒体基因组的遗传多样性及演化动力，相关成果发表在《遗传学前沿（FrontiersinGenetics）》。浆蜂是我国从原产地意大利蜜蜂（原意）中选育出的蜂王浆高产品系，其蜂王浆产量提高了10倍以上，而主要的营养和功能成分含量保持不变，研究发现能量合成和供应能力提高是浆蜂维持高产优质的一个分子机制。昆虫线粒体通过氧化磷酸化为细胞生命活动提供了90%以上的能量，线粒体基因组编码的13个蛋白多肽是组成氧化磷酸化复合体的亚单位。为了研究浆蜂线粒体基因组在蜂王浆高产性状形成过程中是否产生了适应性进化，我们测定并组装了100个浆蜂和30个原意的线粒体基因组序列。系统进化及单倍型网络分析表明，浆蜂和原意并非互为单系群，而是分为RJB和ITB两个亚系。RJB亚系在浆蜂中的出现频率（84/100）是在原意中（4/30）的6倍，进一步分析表明这种差异与正向选择无关，而是遗传漂变导致的。在净化选择压力下，浆蜂线粒体基因组的遗传多样性很低（h=0.336±0.059,π=0.00055±0.00024）。此外，与蜂王浆合成相关的脑、咽下腺和上颚腺等组织中的线粒体基因组拷贝数，在浆蜂和原意间均无显著差异。基于以上结果，我们推测浆蜂增强了线粒体基因的表达水平，来满足能量需求。本研究阐明了浆蜂线粒体基因组的遗传多样性，揭示了遗传漂变和净化选择在浆蜂线粒体基因组变异过程中的驱动作用。该研究得到了中国农业科学院科技创新工程、国家现代农业产业技术体系和北京市自然科学基金的资助。原文链接https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2022.835967/full