本站消息 2025年10月31日，學(xué)校生物安全研究團(tuán)隊(duì)在生態(tài)信息學(xué)領(lǐng)域期刊《Ecological Informatics》（IF: 7.3）發(fā)表題為“Employing Genome-Wide Association Studies and Machine Learning to Accurately Identify Eastern and Western Migratory Pathways of Spodoptera frugiperda in China via Key Molecular Markers”的研究論文，該研究基于全基因組關(guān)聯(lián)分析與機(jī)器學(xué)習(xí)，鑒定出能夠區(qū)分我國東、西兩條遷飛路徑中草地貪夜蛾的關(guān)鍵遺傳位點(diǎn)，并利用這些位點(diǎn)對東西線遷飛種群進(jìn)行明顯的種群結(jié)構(gòu)劃分，進(jìn)一步利用隨機(jī)森林等模型對東西線遷飛路徑的蟲源進(jìn)行了準(zhǔn)確驗(yàn)證。該研究對利用分子標(biāo)記識別不同地理種群昆蟲的來源關(guān)系和遷飛路徑具有重要意義。
草地貪夜蛾可在東南亞大部分地區(qū)（包括緬甸、老撾和越南）以及中國亞熱帶地區(qū)（如云南、廣西和海南）越冬，在這些地方全年繁殖的種群很可能在每年春季向北遷飛至中國東部。事實(shí)上，在東亞地區(qū)，多種昆蟲如東方粘蟲、甜菜粘蟲、稻卷葉螟和稻飛虱等，均存在與草地貪夜蛾類似的季節(jié)性遠(yuǎn)距離遷飛現(xiàn)象。這些昆蟲通常沿兩條路徑遷飛：西線從緬甸和云南出發(fā)，經(jīng)貴州、四川，進(jìn)入山西、甘肅等地；東線則從老撾、越南和廣西出發(fā)，最終抵達(dá)長江流域、黃淮地區(qū)，乃至中國東北。此前，通過探照燈誘蟲、軌跡模擬、飛行行為觀測和氣象資料分析，已初步確認(rèn)草地貪夜蛾從中南半島至中國東北的東、西兩條遷飛路徑。然而，兩條路徑種群在遺傳結(jié)構(gòu)上是否存在差異，能否利用分子標(biāo)記對其蟲源進(jìn)行區(qū)分，仍不明確。
本研究通過基因組重測序和全基因組關(guān)聯(lián)分析，從2019年和2023年自中南半島至中國北方采集的草地貪夜蛾樣本中，篩選出176個關(guān)鍵基因組位點(diǎn)（包括124個SNPs和52個InDels）。基于這些位點(diǎn)的主成分分析和系統(tǒng)進(jìn)化樹結(jié)果，清晰地將草地貪夜蛾劃分為東線與西線兩個遷飛種群。
進(jìn)一步通過LASSO邏輯回歸鑒定出8個穩(wěn)定的特征標(biāo)記（6個SNPs和2個InDels）。基于這些標(biāo)記構(gòu)建的機(jī)器學(xué)習(xí)模型能夠準(zhǔn)確區(qū)分東、西線遷飛路徑的草地貪夜蛾。其中多層感知機(jī)模型表現(xiàn)最佳，其準(zhǔn)確率達(dá)到87.50%。
研究還發(fā)現(xiàn)，這8個特征標(biāo)記涉及6個UDP-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶基因，這些基因富集于若干解毒相關(guān)代謝通路。它們可能在草地貪夜蛾適應(yīng)東、西線不同寄主植物（如水稻和玉米）的過程中發(fā)揮重要作用。
本研究建立了一套可靠的分子標(biāo)記鑒定工具，可實(shí)現(xiàn)草地貪夜蛾個體的精準(zhǔn)溯源，顯著提升對該遷飛害蟲的監(jiān)測與預(yù)警能力，也為闡明全球其他遷飛昆蟲的遷飛路徑提供了新方法。
學(xué)校為論文第一完成單位，孫仲享教授為論文第一作者，桂富榮教授為通訊作者。該工作得到南京農(nóng)業(yè)大學(xué)胡高教授與中國農(nóng)科院萬方浩研究員的支持與指導(dǎo)。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFD1400701）、國家自然科學(xué)基金（32360668）和云南省“興滇英才支持計(jì)劃”等項(xiàng)目資助。
值得關(guān)注的是，在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“草地貪夜蛾災(zāi)變機(jī)制與可持續(xù)防控技術(shù)研究（2021YFD1400701）”的資助下，研究團(tuán)隊(duì)2025年2月在一區(qū)和TOP期刊發(fā)表2篇草地貪夜蛾遷飛規(guī)律的論文：（1）利用全球三大洲14個地點(diǎn)草地貪夜蛾全基因組SNPs集，結(jié)合軌跡模擬全面揭示了草地貪夜蛾從美洲到中南半島的遷飛路徑，為草地貪夜蛾在東半球的入侵歷史提供新的視角（Evolutionary Applications, 2025; 18(2):e70086）；（2）對草地貪夜蛾遷飛與滯留種群進(jìn)行選擇性清除分析和全基因組關(guān)聯(lián)分析，鑒定出與草地貪夜蛾遷飛行為相關(guān)的關(guān)鍵基因與位點(diǎn)，為闡明害蟲遷飛行為的內(nèi)在驅(qū)動機(jī)制提供了新視角（Pest Management Science, 2025,81(6):3112-3121）。此外，團(tuán)隊(duì)在草地貪夜蛾成災(zāi)機(jī)制方面也發(fā)表一系列研究成果（Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2025, 73(37): 23213-23225; Pest Management Science, 2024,80,3491-3503; Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2023, 71, 14092?14107）。植物保護(hù)學(xué)院2022年引進(jìn)人才孫仲享教授為以上論文的第一作者或通訊作者。
原文鏈接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S1574-9541(25)00499-6
